【正文】 吸收, 經(jīng)過(guò)血液循環(huán), 約有90%的酒精通過(guò)肺部呼氣排出, 因此測(cè)量呼氣中的酒精含量, 就可判斷其醉酒程度。0 / 382 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)開(kāi)發(fā)流程（1）可行性調(diào)研。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊用來(lái)把采集到得模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換位可以用單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。如圖2所示：圖2 MQ3特點(diǎn):檢測(cè)范圍為10ppm～2000ppm ；靈敏度高，輸出信號(hào)為伏特級(jí)；響應(yīng)速度快，小于10秒；，尺寸：D17*H10。將電極斷A接到電源正極，電極端B接兩個(gè)270Ω并聯(lián)的電阻。AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KBFlash閃存存儲(chǔ)器，128B內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，看門(mén)狗，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。對(duì)于外接電容C1和C2的大小雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小還是會(huì)對(duì)振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來(lái)一定的影響。 圖9 ADC0808芯片IN0~IN7：8路模擬量輸入端。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。作為單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀信號(hào)。移位寄存器在電路中一是驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管點(diǎn)亮，二是對(duì)輸入的串行數(shù)據(jù)并行輸出，起到串并轉(zhuǎn)換的作用。程序流程圖如圖16所示。為此，在第一位單字節(jié)除51后，接下來(lái)的小數(shù)部分位的除51則要作雙字節(jié)的除法，這樣才能保證使所有位能顯示出來(lái)。DIV16:MOV R5,0 MOV R4,51 MOV R3,0 MOV R2,0 MOV R1,16LP1:CLR C MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R7 RLC A MOV R7,A MOV A,R2 RLC A MOV R2,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A MOV A,R2 CLR C SUBB A,R4 JC NEXT MOV R0,A MOV A,R3 SUBB A,R5 JC NEXT INC R6 MOV R3,A MOV A,R0 MOV R2,ANEXT:DJNZ R1,LP1RET根據(jù)程序流程圖和各個(gè)子程序的編寫(xiě)可以得到整個(gè)設(shè)計(jì)的總程序代碼，見(jiàn)附錄。準(zhǔn)備好若干個(gè)不同濃度的酒精氣體樣品，檢測(cè)氣體傳感器是否能正常工作。%對(duì)于檢測(cè)濃度低的酒精誤差比檢測(cè)濃度高的酒精誤差小，這也是設(shè)計(jì)的該酒精濃度探測(cè)儀適合與檢測(cè)酒后駕車的原因，因?yàn)槿嗽陲嬀坪?，從呼吸道呼出的酒精氣體濃度一般都不是很高。隨著納米技術(shù)、薄膜技術(shù)等新材料研制成功，微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的綜合應(yīng)用，高性能的氣敏傳感器將會(huì)不斷出現(xiàn)。即在車鑰匙上設(shè)計(jì)一個(gè)小吹管，由一組信號(hào)發(fā)射器連接至車上的電子控制組件，如果駕駛者在開(kāi)門(mén)之前所做的酒精吹氣測(cè)試樣本被發(fā)現(xiàn)超過(guò)法定允許的標(biāo)準(zhǔn)值，則系統(tǒng)將使引擎維持在靜止?fàn)顟B(tài)無(wú)法啟動(dòng)。使最終顯示的數(shù)據(jù)為酒精濃度值。調(diào)節(jié)電位器，觀察數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示的變化，同樣用萬(wàn)用表測(cè)量電壓值作比較。對(duì)于多字節(jié)無(wú)符號(hào)數(shù)的除法，可以依照移位相減的基本方法來(lái)進(jìn)行。最后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀取到單片機(jī)累加器A中。所以單片機(jī)在啟動(dòng)測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之前要選擇通道0，寫(xiě)入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，然后啟動(dòng)對(duì)通道IN0端輸入的采集電壓信號(hào)作模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換的結(jié)束。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU 時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，OE產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器。 　　Vcc：電源，單一+5V。輸入輸出與TTL兼容。對(duì)于晶振部分，AT89S51單片機(jī)中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳19對(duì)應(yīng)的XTAL1和18對(duì)應(yīng)的XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM及RAM）時(shí)，輸出高8位地址。它包括中央處理器CPU，隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，只讀存儲(chǔ)器ROM，中斷系統(tǒng)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行口和I/O口等等。圖4 MQ3檢測(cè)電路 信號(hào)采樣電路信號(hào)的采樣模塊電路如圖5所示。（2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。（4）一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)研、總體設(shè)計(jì)、硬件軟件設(shè)計(jì)、制版、元件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中放入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運(yùn)行。測(cè)量樣品時(shí)，將探頭盡量放入塑料瓶?jī)?nèi)，可以在一定程度上消除流動(dòng)空氣的影響，同時(shí)應(yīng)選擇空氣流動(dòng)較小的室內(nèi)環(huán)境來(lái)測(cè)量。 設(shè)計(jì)酒精濃度探測(cè)儀的意義本設(shè)計(jì)基于AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精氣體濃度探測(cè)儀，可用來(lái)檢測(cè)酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測(cè)司機(jī)的酒精含量。四是SnO2元件有時(shí)由于靈敏度過(guò)大導(dǎo)致誤報(bào)，但是在檢測(cè)某些低濃度氣體時(shí)靈敏度卻難以達(dá)到要求[2]。對(duì)不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系做線性化處理，簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)。并且在檢測(cè)低濃度酒精時(shí)誤差較小，%滿足設(shè)計(jì)要求。三是催化劑中毒。吸油煙機(jī)等產(chǎn)品上常用MQ3型半導(dǎo)體氣敏傳感器，它采用旁熱式結(jié)構(gòu)，陶瓷管內(nèi)裝有高阻抗加熱絲，管外涂有梳狀金屬電極，金屬電極之外涂有SnO2材料，使SnO2燒結(jié)體位于兩電極之間[6]。（3）為了盡量減少設(shè)計(jì)的氣體傳感器的測(cè)量誤差，在測(cè)量酒精溶液樣品時(shí)要考慮并解決3個(gè)主要問(wèn)題。由于硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)相互影響，因此，從簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)、降低成本、減少故障率、提高系統(tǒng)的靈活性與通用性方面考慮，提倡軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)完成；但也應(yīng)考慮軟件代硬件的實(shí)質(zhì)是以降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、增加處理進(jìn)行為代價(jià)的，而且軟件設(shè)計(jì)費(fèi)用、研制周期也將增加，因此系統(tǒng)的軟硬件功能分配應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求及實(shí)際情況而合理安排，統(tǒng)一考慮。毒性氣體傳感器又稱為環(huán)境有毒有害氣體傳感器，主要用于檢測(cè)煙氣、尾氣、廢氣等環(huán)境污染氣體，雖然SnO2氣敏傳感器對(duì)CO，H2S等有毒有害氣體敏感，但應(yīng)用最多的仍是電解式化學(xué)傳感器。移開(kāi)小瓶過(guò)1分鐘左右后，A，B之間電阻恢復(fù)至大于120KΩ。應(yīng)為實(shí)驗(yàn)所用的MQ3在預(yù)熱5到10分鐘后，它的敏感體電阻只有120KΩ，所以負(fù)載電阻選用兩個(gè)270Ω并聯(lián)，構(gòu)成采樣部分的分壓電阻。使用片外存儲(chǔ)器時(shí)，作低八位地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用，能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL上拉電阻。對(duì)于選用的AT89S51單片機(jī)，根據(jù)美國(guó)ATMEL公司提供的技術(shù)資料，可以對(duì)它的最小系統(tǒng)作恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，如圖8所示[9]。,但復(fù)位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能夠保證給復(fù)位端RST提供大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平復(fù)位信號(hào)[10]?！　LK：時(shí)鐘脈沖輸入端。由于ADC0808具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)瑣存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以直接與數(shù)據(jù)總線相連。圖11 四位數(shù)共陽(yáng)碼管結(jié)構(gòu)圖用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就可以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新的數(shù)據(jù)就可以了。本設(shè)計(jì)軟件編程部分選用匯編語(yǔ)言來(lái)寫(xiě)程序代碼。所以單片機(jī)在將地址7FF8H寫(xiě)入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片后，一方面模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片鎖存地址選擇線的狀態(tài)，從而選通相應(yīng)的模擬通道，同時(shí)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)7段數(shù)碼管的字型碼如表2所示和移位寄存器74LS164的邏輯功能，將對(duì)應(yīng)的共陰極字型碼放在一個(gè)表格中，然后通過(guò)查表的方式找到要顯示的數(shù)字送移位寄存器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。先把氣體傳感器探頭用一個(gè)阻值為20kΩ的電阻替代，復(fù)位單片機(jī)，觀察數(shù)碼管上的顯示數(shù)據(jù)和發(fā)光二極管的點(diǎn)亮情況。根據(jù)曲線圖的走向可以看出傳感器的酒精濃度檢測(cè)大致范圍，然后根據(jù)這個(gè)范圍選擇7個(gè)合適的濃度值，多次測(cè)量電壓值，再取平均值作為最后電壓值，把6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間范圍定下來(lái)，如表3所示。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，得到3位BCD碼并將3位送送數(shù)碼管顯示。大學(xué)四年學(xué)習(xí)生涯即將告以段落，在此要感謝四年以來(lái)一直對(duì)教學(xué)和指導(dǎo)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，孜孜不倦的所有武漢理工大學(xué)理學(xué)院的老師們，同時(shí)還要感謝跟我一同學(xué)習(xí)的同學(xué)，他們給了我?guī)椭⒅С趾蛣?dòng)力，讓我度過(guò)了一個(gè)美好的大學(xué)生活。顯示濃度值小數(shù)部分前3位數(shù)字的結(jié)果是156。這時(shí)候可以配制幾個(gè)酒精溶液對(duì)調(diào)試電路作初步測(cè)試。按照設(shè)計(jì)的步驟，并對(duì)照總電路圖，在面包板上連接電路。思路明確后，實(shí)際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫(xiě)出來(lái)。當(dāng)然，在程序運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，還要用到工作寄存器，因?yàn)楣ぷ骷拇嫫鞫际桥R時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不需要保存作為以后處理要用到的數(shù)據(jù)，所以工作寄存器的初始化這部分可以省去。因?yàn)槊课粩?shù)據(jù)串行輸出先輸出的是低位，所以數(shù)碼管引腳a、b、c、d、e、f、g、dg應(yīng)順序與對(duì)應(yīng)位的移位寄存器并行輸出端的0連接。把模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的A2﹑A1﹑A0端分別用導(dǎo)線連接到地址鎖存器的低三位，用于選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。如表1所示。10pF。高電平時(shí)選擇片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，低電平時(shí)程序存儲(chǔ)器全部在片外而不管片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器。下面說(shuō)明各引腳功能。當(dāng)其表面吸附有被測(cè)氣體酒精分子時(shí)，表面導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而其表面電阻會(huì)隨著被測(cè)氣體濃度的變化而變化。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。酒精氣敏傳感器LM3914發(fā)光二極管ADC0832單片機(jī)數(shù)碼管圖1 系統(tǒng)總框圖 信號(hào)采集電路