【正文】 得到要測(cè)酒精氣體濃度值的信號(hào)。 濃度與顯示之間的關(guān)系 傳感器的定標(biāo) 在系統(tǒng)電路調(diào)試正確以后，要作改進(jìn)工 作，使數(shù)碼管上正確顯示所測(cè)的酒精氣體濃度值。打開實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái) WAVE6000 單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，在 WAVE6000 軟件代碼編輯器汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 共 46 頁(yè) 編輯程序代碼，經(jīng)匯編，修改，產(chǎn) 生代碼電路調(diào)試與測(cè)試結(jié)果 第 33 頁(yè) 共 46 頁(yè) 4 電路調(diào)試與測(cè)試結(jié)果 電路調(diào)試 根據(jù)各個(gè)模塊功能的 設(shè)計(jì)和繪制的整體電路圖，找到各功能模塊的連接點(diǎn)。相除后對(duì)應(yīng)的每一位分別送到地址為 7DH， 7EH， 7FH 的存儲(chǔ)單元保存，以供顯示或后續(xù)處理用。于是，對(duì)于程序的初始化程序代碼可以相應(yīng)寫出 [13]。單片機(jī)引腳 用于給移位寄存器提供移位的時(shí)鐘脈沖，該引腳與三個(gè)移位寄存器的時(shí)鐘輸入端 CLK 相連。 輸入靈敏度可以通過負(fù)載電阻的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，即對(duì)地電阻調(diào)小時(shí)靈敏度下降；反之，靈敏度增加。 單片機(jī)引腳 與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 EOC 端經(jīng)過 或非門后的輸出端用導(dǎo)線相連接，用于單片機(jī)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的查詢，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后可以查詢到 為高電平，為單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之 后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 21~28： 8 位數(shù)字量輸出端 。對(duì)于外接電容 C1 和 C2 的大小雖然沒有十分嚴(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)定性帶來一定的影響。 RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。 80C51 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。 MQ3 的兩個(gè) B 引腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個(gè)電極。 本設(shè)計(jì)中的酒精氣體傳感器采用河南漢威電子有限公司的 MQ3 型 ,它屬于 MQ系列氣敏元件的一種。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊用來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)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 46 頁(yè) 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)開發(fā)流程 （ 1）可行性調(diào)研。目前日產(chǎn)汽車已經(jīng)開始著手啟動(dòng)智能傳輸系統(tǒng)項(xiàng)目 ,目的是為了更有效地減少交通事故。針對(duì)這種現(xiàn)象， 本設(shè)計(jì)基于 80C51單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精氣體濃度探測(cè)儀，可用來檢測(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。目前，單片機(jī)以其高可靠性、高性能價(jià)格比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，并已走人家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響、汽車，到處都可見到單片機(jī)的蹤影。 汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 46 頁(yè) 1 緒論 課題來源 來源于生產(chǎn) /社會(huì)實(shí)際 研究的目的、意義、應(yīng)解決的主要問題 大學(xué)四年學(xué)了許多關(guān)于硬件的 課程，像電路學(xué)、電子技術(shù) ? ，但是多半是理論性的居多，實(shí)際上做電路的只有電工電子實(shí)驗(yàn)課上才有，而且?guī)缀醵忌婕安坏饺粘躺钪械膽?yīng)用。當(dāng)酒精氣味被傳感器探測(cè)到時(shí) ,導(dǎo)航系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出 “酒后駕駛 ”的警報(bào)音 ,導(dǎo)航系統(tǒng)顯示屏同時(shí)自動(dòng)顯示 “不要酒后駕駛 !”的文字提示。針對(duì)這 3 個(gè)主要問題提出以下解決方案和驗(yàn)證方法。在確定人員分工、安排工作進(jìn)度、規(guī)定接口參數(shù)后，就比須考慮硬件軟件的具體問題了。 傳感器的分類方式有很多種，以上是根據(jù)被檢測(cè)氣體的性質(zhì)進(jìn)行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進(jìn)行分類的。這種反應(yīng)可以重復(fù)試驗(yàn)，但要注意使空氣恢復(fù)到潔凈狀態(tài)。 汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖 5 采樣模塊 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 單片微機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的譯名簡(jiǎn)稱，在國(guó)內(nèi)也常稱為“單片微機(jī)”或“單片機(jī)”。 P2 口： 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。因此，單片機(jī)的引腳 40 對(duì)應(yīng)的 VCC 接到 +5V 電源的正極，引腳 10 對(duì)應(yīng)的 GND 接到 +5V電源的接地端，為 80C51 單片機(jī) 提供正常的工作電壓。因此， ADC0809 可處理 8 路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。 Vcc：電源，單一 +5V。在讀 取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)， OE 產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開三態(tài)輸出鎖存器。同理，要使 LED2 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于 *2=；要使LED10 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于 *10=。 設(shè)計(jì)選用 3個(gè)單位 8段共陰數(shù)碼管來顯示輸出的數(shù)據(jù)，因?yàn)殡娐酚布鄬?duì)較簡(jiǎn)單，所以選擇靜態(tài)顯示方法。讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中，經(jīng)過單片機(jī)作相應(yīng)的處理，即要將該電壓值轉(zhuǎn)換為酒精濃度值，然后處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進(jìn)制 BCD 碼用數(shù)碼管顯示。根據(jù)這思路可以寫出模數(shù)轉(zhuǎn)換 的子程序代碼。對(duì)于多字節(jié)無符號(hào)數(shù)的除法，可以依照移位相減的基本方法來進(jìn)行。測(cè)量數(shù)據(jù)與數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)基本一致，說明電路 數(shù)碼管顯示部分連接正確。測(cè)量的最大誤差為 %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。首先要感謝 我的指導(dǎo)老師唐桃波老師。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。r. System Configuration Management[J], [25]Christoph Schaffer, Johannes Zeindl. Computer Aided Systems Theory — EUROCAST[J]. [26]Andr233。使最終顯示的數(shù)據(jù)為酒精濃度值。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) 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。模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，這時(shí)可以開始對(duì)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束進(jìn)行不斷的查詢。因?yàn)?ADC0809 的模擬輸入端 IN0 與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。 汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖 13 8 段共陰數(shù)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 。 其內(nèi)部的緩沖放大器最大限度的提高了該集成電路的輸入電阻（ 5 腳），電壓輸入 信號(hào)經(jīng)過緩沖器（增益為零）同時(shí)送到 10 個(gè)電壓比較器的異相（ ）輸入端。單片機(jī)的時(shí)鐘頻率是 ，則 ALE 端輸出信號(hào)的頻率為 ，再二分頻后為 ，符合 ADC0809 對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 46 頁(yè) 復(fù)位三種方式，本設(shè)計(jì)選用按鍵電平復(fù)位方式。這是使單片機(jī)正常工作的必要外圍電路部分。 XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。對(duì)酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為對(duì)電位器分壓的采樣。 S 接通，則 f， f之間電流由開始時(shí) 155mA 降至 153mA 而穩(wěn)定。 CO 氣敏元件可用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、汽車、家庭等CO 泄露和不完全燃燒檢測(cè)報(bào)警； H2 氣敏元件除應(yīng)用于工業(yè)等領(lǐng)域外，主要用于家庭管道煤氣泄露報(bào)警。 （ 3）設(shè)計(jì)方案細(xì)化，確定軟硬件功能。因?yàn)樵嫉牟蓸又凳且粋€(gè)間接的負(fù)載分壓值，需要將它轉(zhuǎn)化為被測(cè)酒精濃度值。 酒精氣體濃度探測(cè)儀在生產(chǎn)生活中也有重要的應(yīng)用，比如，在一些環(huán)境要求嚴(yán)格的生產(chǎn)車間，用這種酒精濃度探測(cè)儀，可隨時(shí)檢測(cè)車間內(nèi)的酒精氣體濃度，當(dāng)酒精氣體濃度高于允許限定值時(shí)，發(fā)出警報(bào)，提醒人們及時(shí)通風(fēng)換 氣，做到安全生產(chǎn)。針對(duì)這種現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)一種基于MCS— 51 單片機(jī)的控制系統(tǒng)，通過高靈敏度的呼氣式酒精傳感器檢測(cè)司機(jī)的酒精攝入量。近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它將不僅促進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是 21 世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。人飲酒后 , 酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收 , 經(jīng)過血液循環(huán) , 約有 90%的酒精通過肺部呼氣排出 , 因此 測(cè)量呼氣中的酒精含量 , 就可判斷其醉酒程度。 設(shè)計(jì) 方案 本文以 80C51 單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了用于測(cè)量酒精濃度的探測(cè)儀，主要研究工作包括以下 3 個(gè)方面。 （ 2）系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。 圖 1 系統(tǒng)總框圖 信號(hào)采集電路 氣體傳感器的選擇 根據(jù)被檢測(cè)氣體的不同，氣敏傳感器可分為以下三類 : 酒精 氣敏傳感器 LM3914 發(fā)光二極管 ADC0809 單片機(jī) 數(shù)碼管 繼電器 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 46 頁(yè) （ 1）可燃性氣體氣敏傳感器。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。 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。 圖 6 80C51 芯片管腳 VCC：運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)接電源正端。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)，輸出。因?yàn)殡娐分薪拥氖鞘⒕w，所以設(shè)計(jì)中接的兩個(gè)電容 C1 和 C2 的容量都為 33pF。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。采用查詢方式對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)通過三位八段數(shù)碼管顯示。單片機(jī)引腳 － 連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出端 D0﹑ D1﹑ D2﹑ D3﹑ D4﹑ D5﹑ D6﹑ D7 端，用于讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。 8 段共陰數(shù)碼管由 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g、 dg 這 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。 對(duì)于 8051 系列單片機(jī)，現(xiàn)有四種語(yǔ)言支持，即匯編、 PL/M、 C 和 BASIC。模擬電壓的輸入端接在模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 IN0 通道，再根據(jù)單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接，單片機(jī)在選擇讀寫地址時(shí)應(yīng)該為 7FF8H。即首先，單片機(jī)要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)在哪個(gè)區(qū)間作個(gè)判斷跳轉(zhuǎn)，然后再根據(jù)該區(qū)間的線性關(guān)系作轉(zhuǎn)換，得到對(duì)應(yīng)的酒精濃度值。打開 WAVE6000 軟件，在菜單 options 選項(xiàng)中選擇 select device，在彈出的窗口中選擇器件 80C51，并選 Byte Mode 點(diǎn)擊 OK。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，如表 3 所示。 半導(dǎo)體氣敏傳感器和電化學(xué)固體電解質(zhì)氣敏傳感器具有測(cè)量精度高、所需試樣少、響應(yīng)快等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工、建筑、環(huán)保、醫(yī)療、家電、安全保衛(wèi)等領(lǐng)域。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。對(duì)于唐桃波老師對(duì)我的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，我再一次表示誠(chéng)摯的謝意！同時(shí)也要感謝大學(xué)中教授我知識(shí)的所有的老師們。當(dāng)傳感 器的敏感部分吸附有酒精分子時(shí)，表面的導(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)酒精氣體濃度的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化，且這種變化是可逆的，可重復(fù)使用。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。據(jù)此，可以寫出雙字節(jié)除法的程序代碼。為此，在第一位單字節(jié)除 51 后，接下來的小數(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。因?yàn)樵诔绦蛑忻看螌?duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后讀取的數(shù)據(jù)，需要相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，同時(shí)對(duì)讀取的數(shù)據(jù)作適當(dāng)處理后也要送到特定的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)起來，以供后面的數(shù)碼管顯示用。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。 圖 11 LM3914 管腳圖 如圖 12 所示， LM3914 的 3 和 9 引腳接電源正極，使發(fā)光二極管成柱狀顯示， 7和 8 引腳接一個(gè) 2K 的電阻，控制發(fā)