【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、報(bào)警模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊等組成，其主要任務(wù)是采集酒精傳感器的輸出電壓信號(hào)，放大后經(jīng)過(guò)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換和AT89C52單片機(jī)處理，當(dāng)檢測(cè)到酒精濃度超過(guò)標(biāo)定值時(shí)，能夠通過(guò)LED顯示傳感器的輸出電壓值，并通過(guò)報(bào)警模塊和驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，切斷汽車(chē)引擎電源。隨著科學(xué)的發(fā)展，酒精傳感器的種類(lèi)越來(lái)越多，目前來(lái)說(shuō)對(duì)氣體中酒精含量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備主要有以下幾種類(lèi)型：燃料電池型（電化學(xué)型）、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型[6061]。下面主要介紹半導(dǎo)體型和燃料電池型酒精傳感器。半導(dǎo)體型采用氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器，這類(lèi)半導(dǎo)體器件具有氣敏特性，當(dāng)接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加，它對(duì)外呈現(xiàn)的電阻值就降低，半導(dǎo)體型呼氣式酒精測(cè)試儀就是利用這個(gè)原理做成的。這種半導(dǎo)體在不同工作溫度時(shí)，對(duì)不同氣體敏感程度是不同的，因此對(duì)于半導(dǎo)體型呼氣酒精測(cè)試儀中一般都采用加熱元件，把傳感器加熱到一定的溫度，在該溫度下，該傳感器對(duì)酒精具有最高的靈敏度[61]。但是由于半導(dǎo)體型酒精傳感器感度低、不能精確計(jì)量、穩(wěn)定性和重復(fù)性差、以及功耗大[6263]，所以國(guó)外很少用其現(xiàn)場(chǎng),實(shí)時(shí)檢測(cè)司機(jī)是否酒后駕車(chē)。燃料電池型酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃料室內(nèi)充滿(mǎn)了特種催化劑，它能使進(jìn)入燃料室內(nèi)的酒精充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，也就是在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負(fù)載上，此電壓與進(jìn)入燃料室內(nèi)的氣體的酒精濃度成正比。燃料電池型酒精傳感器屬于電化學(xué)類(lèi)型，燃料電池是當(dāng)前世界上廣泛研究的環(huán)保型能源，它可以直接把可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)變成電能，而不產(chǎn)生污染[60，64，65]，作為酒精傳感器只是燃料電池的一個(gè)分支。燃料電池型酒精傳感器的特點(diǎn)：測(cè)量精度高，可測(cè)范圍寬。由于它只對(duì)酒精氣體反應(yīng)，所以任何其他非酒精氣體測(cè)量時(shí)給結(jié)果帶來(lái)的干擾都很小。另外，由于它對(duì)酒精氣體極其敏感，只要把環(huán)境溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，即使酒精濃度很低也能在其兩極產(chǎn)生微弱的電壓輸出。由于燃料電池型酒精傳感器具有穩(wěn)定性好、精度高、抗干擾性好的明顯優(yōu)點(diǎn)[6668]，可用來(lái)檢測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)藛T是否飲酒和其它嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，也可用在其它場(chǎng)所乙醇蒸汽的檢測(cè)。但此酒精傳感器的結(jié)構(gòu)要求非常精密，制造難度大，目前只有美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠生產(chǎn)。 目前普遍使用的酒精傳感器為半導(dǎo)體型和燃料電池型，這兩種酒精傳感器易于制造成便捷型呼氣式酒精測(cè)試器，適用于現(xiàn)場(chǎng)使用。國(guó)內(nèi)普遍使用半導(dǎo)體型酒精測(cè)試儀，因?yàn)樗闹饕獌?yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，只是燃料電池型的幾分之一，但是它的性能遠(yuǎn)比燃料電池的要差，所以它通常用在要求不高的場(chǎng)合，如自我檢測(cè)或一般性定性檢測(cè)[60]。但是對(duì)于應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域，主要用來(lái)精確測(cè)量人體呼出氣體酒精含量的檢測(cè)，應(yīng)該需要完全符合GA3072001標(biāo)準(zhǔn)的燃料電池型酒精傳感器，確保對(duì)人體呼出酒精氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確定量檢測(cè)?；诒敬卧O(shè)計(jì)要求和使用環(huán)境、成本等方面的考慮，本次課題選用燃料電池型酒精傳感器。 燃料電池型酒精傳感器的消耗電流小，并且通電初期的穩(wěn)定時(shí)間短，其電路部分僅需要電池就可以滿(mǎn)足供電需要，比半導(dǎo)體傳感器的精度高、靈敏度高、性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)，適宜用在檢驗(yàn)人體呼出氣體的酒精含量中。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，如今越來(lái)越多的電子產(chǎn)品向智能化、微型化、低功耗方向發(fā)展，越來(lái)越多的產(chǎn)品需要實(shí)時(shí)控制和信號(hào)處理，要求電子設(shè)計(jì)技術(shù)需要有新的變革和飛躍，而以往的純數(shù)字電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作量大、靈活性差、系統(tǒng)可靠性差。單片機(jī)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)克服了純數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的缺陷，使電子電路設(shè)計(jì)有了新的飛躍[69]。單片機(jī)將微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM 和 RAM 等）、輸出/輸入口（I/O）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成在一塊集成電路芯片上，稱(chēng)之為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)（MCU）。單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，單片機(jī)可以通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)從工業(yè)測(cè)控對(duì)象、環(huán)境、接口特點(diǎn)等出發(fā)，向著增強(qiáng)控制功能、提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性、靈活方便的構(gòu)成應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)界面接口的方向發(fā)展。其主要特點(diǎn)有品種多樣，型號(hào)繁多，性能提高，容量擴(kuò)大，低功耗，軟件應(yīng)用配套，具有系統(tǒng)擴(kuò)展和配置等。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括:智能化家用電器、辦公自動(dòng)化設(shè)備、商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化控制、智能化儀表、智能化通信產(chǎn)品、汽車(chē)電子產(chǎn)品、航空航天系統(tǒng)和高防軍事、尖端武器等領(lǐng)域[70]。目前最常用的是 AVR、MCS5PIC 系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作的系統(tǒng)，稱(chēng)作位處理器，能夠進(jìn)行的位傳送、置位、清零、測(cè)試、邏輯運(yùn)算等，功能完備。51系列的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，給編程帶來(lái)方便[7Intel公司51系列的典型產(chǎn)品是8051，片內(nèi)有4K字節(jié)的一次性程序存儲(chǔ)器（OTP）。Atmel公司就將其改為電可改寫(xiě)的閃速存儲(chǔ)器（Flash），容許改寫(xiě)1000次以上，這給編程和調(diào)試帶來(lái)極大的便利，其產(chǎn)品AT89C5AT89C52……等成為了當(dāng)今最流行的八位單片機(jī)。 PIC 系列單片機(jī)采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，指令流水線結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)并行處理。但編程時(shí)分頁(yè)比較麻煩，擴(kuò)展能力比較弱。AVR是集合了PIC和51的優(yōu)勢(shì)的，指令周期比PIC還要快，性?xún)r(jià)比比PIC要高，F(xiàn)LASH在線編程比PIC方便，學(xué)AVR會(huì)感到它的結(jié)構(gòu)跟PIC差不多，很多相似的，就是用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)置位麻煩一點(diǎn)，位操作不如PIC和51方便，工業(yè)級(jí)也用的不廣，多用于儀器、通信上?；诒驹O(shè)計(jì)要求的性?xún)r(jià)比以及所實(shí)現(xiàn)功能，選用Atmel公司的AT89C52單片機(jī)。 AD轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 下面簡(jiǎn)要介紹常用的幾種類(lèi)型的基本原理及特點(diǎn)：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型?！　?）積分型（如TLC7135） 　　積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡(jiǎn)單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴(lài)于積分時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。 　　2）逐次比較型（如ADC0808/ADC0809）　　逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過(guò)逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開(kāi)始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出 數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時(shí)價(jià)格便宜，但高精度（12位）時(shí)價(jià)格很高。 　　3）并行比較型/串并行比較型（如TLC5510） 　　并行比較型AD采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱(chēng)FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n1個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。 　 串并行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱(chēng)為 Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級(jí)（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉(zhuǎn)換時(shí)序角度 又可稱(chēng)為流水線（Pipelined）型AD，現(xiàn)代的分級(jí)型AD中還加入了對(duì)多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等功能。這類(lèi)AD速度比逐次比較型高，電路 規(guī)模比并行型小。 　　AD轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)　　1）分辯率(Resolution) 指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿(mǎn)刻度與2n的比值。分辯率又稱(chēng)精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來(lái)表示。 　　2） 轉(zhuǎn)換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD，逐次比 較型AD是微秒級(jí)屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率 (Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表 示每秒采樣千/百萬(wàn)次（kilo / Million Samples per Second）。 0809是一款8通道復(fù)用的8位AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵部分是它的8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。這個(gè)部分主要是由3部分組成：256R的階梯網(wǎng)絡(luò)，連續(xù)逼近的電阻，和比較器。連續(xù)逼近電阻（SAR）通過(guò)8次迭代去大約逼近輸入電壓，只要輸出是幾位，那么就需要幾次迭代。SAR通過(guò)8組開(kāi)關(guān)組和比較器完成獲取輸入電壓對(duì)應(yīng)參考電壓的數(shù)字信號(hào)?；诒敬卧O(shè)計(jì)的要求，選用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。  第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) AT89系列微控制器的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) AT89 系列單片機(jī)是 ATMEL公司的8 位Flash單片機(jī)系列 這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器 因此, 在應(yīng)用中有著十分廣泛的前途, 特別是在便攜式 省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用 AT89 系列單片機(jī)是以 8051 核構(gòu)成的, 所以, 它和8051 系列單片機(jī)是兼容的系列 這個(gè)系列對(duì)于以 8051 為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō), 是十分容易進(jìn)行取代和組成的 故而對(duì)于熟悉 8051 的用戶(hù)來(lái)說(shuō), 用ATMEL公司的 89系列單片機(jī)進(jìn)行取代8051 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的事。89 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： (1)內(nèi)部含 Flash 存儲(chǔ)器 在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以十分容易進(jìn)行程序的修改 這就大大縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期 同時(shí) 在系統(tǒng)工作過(guò)程中能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息 即使外界電源損壞也不會(huì)影響到信息的保存。 (2)和 80C51插座兼容 89 系列單片機(jī)的引腳是和80C51 的引腳一樣的 所以 當(dāng)用 89系列單片機(jī)取代80C51 時(shí) 可以直接進(jìn)行代換 這時(shí) 不管采用40引腳或是44 引腳的產(chǎn)品 只要用相同引腳的89系列單片機(jī)取代 80C51 的單片機(jī)即可。 (3)靜態(tài)時(shí)鐘方式 89 系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式 所以可以節(jié)省電能 這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。 (4)錯(cuò)誤編程亦無(wú)廢品產(chǎn)生 一般的 OTP 產(chǎn)品 一旦錯(cuò)誤編程就成了廢品 而 89 系列單片機(jī)內(nèi)部采用了 Flash 存儲(chǔ)器 所以 錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程 直到正確為止 故不存在廢品。 (5)可進(jìn)行反復(fù)系統(tǒng)試驗(yàn) 用89 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng) 可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn) 每次試驗(yàn)可以編入不同的程序 這樣可以保證用戶(hù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu) 而且 隨用戶(hù)的需要和發(fā)展 還可以進(jìn)行修改 使系統(tǒng)不斷能追隨用戶(hù)的最新要求。 89系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 89系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和80C51 相近 主要含有如下一些部件： (1)8031 CPU (6)片內(nèi)RAM (2)振蕩電路 (7)并行 I O 接口 (3)總線控制部件 (8)定時(shí)器 (4)中斷控制部件 (9)串行 I O 接口 (5)片內(nèi) Flash 存儲(chǔ)器 (10)片內(nèi) EEPROM 在89 系列單片機(jī)中 AT89C1051 的 Flash 存儲(chǔ)器容量最小 只有1 K 而 AT89S55 的Flash 存儲(chǔ)器容量最大有20K 在這個(gè)系列中 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的是 AT89C1051 它內(nèi)部不含串行接口。最復(fù)雜的是 AT89S8252 它內(nèi)部不但含標(biāo)準(zhǔn)的串行接口 還含有一個(gè)串行外圍接口 SPI Watchdog 定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 EEPROM電源下降的中斷恢復(fù)等功能和部件。 AT89C52的主要技術(shù)性能特點(diǎn)AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATM