【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN進(jìn)行輸入。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3 個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開(kāi)始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0~。如果作為由IN+與IN輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN的輸入時(shí)，如果IN的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 傳感器信號(hào)采集模塊的特別與連接。MQ3的加熱電阻兩端即5管腳接至+5V直流穩(wěn)壓電源，用于電阻絲對(duì)敏感體電阻的加熱。MQ3的3管腳相連，作為敏感體電阻的一個(gè)電極。MQ3的6管腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個(gè)電極。將電極端3接到電源正極，電極端6接電阻。MQ3型氣敏傳感器與電位器串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，采樣點(diǎn)為電位器的分壓。MQ3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物SnO2的N型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。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。當(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的電位器的分壓值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，即一個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)著一個(gè)被測(cè)酒精氣體濃度。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。 在采樣硬件電路中實(shí)際要考慮到MQ3的實(shí)際技術(shù)參數(shù)，即加熱電阻和敏感體電阻的大小，該部分應(yīng)與電源正極相連。負(fù)載電阻要根據(jù)MQ3實(shí)際的技術(shù)參數(shù)而選擇阻值合適的電阻。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120K歐姆，所以負(fù)載電阻選用一個(gè)1K歐姆，構(gòu)成采樣部分的分壓電阻。 傳感器信號(hào)采集模塊 輸入模塊的特點(diǎn)與連接獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每一個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會(huì)相互影響。在本系統(tǒng)中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，I/O口有確定的高電平，AT89C51單片機(jī)的P3口內(nèi)部接有上拉電阻，所以不需要再外接上上拉電阻。鍵盤(pán)抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件消抖和軟件消抖。硬件消抖是采用硬件電路的方式對(duì)鍵盤(pán)的按下抖動(dòng)和釋放抖動(dòng)進(jìn)行消抖，經(jīng)過(guò)消抖后的電路電平信號(hào)只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。通常采用電容濾波或者單穩(wěn)延時(shí)電路等。軟件消抖的基本原理是當(dāng)檢測(cè)出鍵盤(pán)閉合時(shí)，先執(zhí)行一個(gè)延時(shí)子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時(shí)，待接通時(shí)的前沿抖動(dòng)消失后再判斷是否有鍵按下。當(dāng)按鍵釋放時(shí)，也經(jīng)過(guò)數(shù)毫秒的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后再判斷是否有鍵釋放。由于應(yīng)用硬件消抖還需要外加器件，相對(duì)軟件消抖較為麻煩，所以本系統(tǒng)采用軟件消抖。 鍵盤(pán)輸入模塊 顯示模塊的特點(diǎn)與連接1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別。 1602LCD尺寸圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個(gè)字符芯片工作電壓:—工作電流:()模塊最佳工作電壓:字符尺寸:(WH)mm管腳功能說(shuō)明：1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口。編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極 1602LCD管腳接口說(shuō)明第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。根據(jù)以上技術(shù)參數(shù)以及說(shuō)明。 液晶顯示電路 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)中報(bào)警模塊設(shè)計(jì)的比較簡(jiǎn)單，只是一個(gè)蜂鳴器的單音頻報(bào)警同時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光。只要當(dāng)測(cè)量濃度高于設(shè)定的閥值的時(shí)候，給一個(gè)低電平就可以使發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器報(bào)警。以下是報(bào)警模塊的電路圖，： 報(bào)警電路圖 繼電器電路的設(shè)計(jì)繼電器的設(shè)計(jì)是為了能夠經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后作用與汽車上，當(dāng)氣體中酒精含量超過(guò)設(shè)定的閥值時(shí)，繼電器可以工作，切斷汽車引擎電源，從而使汽車無(wú)法啟動(dòng)，從而有效的防止駕駛員酒后駕車。所以繼電器的設(shè)計(jì)是為了以后功能的改進(jìn)，不是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 繼電器電路圖 系統(tǒng)整體電路圖以AT89C51單片機(jī)為核心，傳感器信號(hào)采集模塊經(jīng)過(guò)ADC0832后連接AT89C51單片機(jī)，再連接到液晶顯示模塊，報(bào)警模塊和繼電器模塊。即可做出整體電路圖。 整體電路圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 編輯語(yǔ)言的選擇對(duì)于單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，逐漸引進(jìn)了高級(jí)語(yǔ)言，C語(yǔ)言就是其中的一種。匯編語(yǔ)言的可控性較高級(jí)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)更具優(yōu)越性。程序編寫(xiě)語(yǔ)言比較常見(jiàn)的有C語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成率高，控制性好，但就是移植性不高。C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序比用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序更符合人們思考的習(xí)慣。還有很多處理器都支持C編輯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫(xiě)的模塊程序易于移植?；贑語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)。軟件編寫(xiě)的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊劃分，然后再根據(jù)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能寫(xiě)各個(gè)子程序。整個(gè)軟件的編寫(xiě)采取查詢式編寫(xiě)的方法。 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)需要在特定的編譯器中進(jìn)行。編譯器完成對(duì)程序的編譯、連接等工作，并最終生成可執(zhí)行文件。對(duì)于51單片機(jī)程序的開(kāi)發(fā)，一般采用Keil公司的μVison系列的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。μVison系列開(kāi)發(fā)工具目前的最高版本是μVison4，支持匯編語(yǔ)言以及C語(yǔ)言，滿足開(kāi)發(fā)需求，方便開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。 整體程序設(shè)計(jì)根據(jù)整體設(shè)計(jì)以及各個(gè)模塊的功能，繪制系統(tǒng)的整體流程圖。開(kāi)始初始化比較參數(shù)和定時(shí)器傳感器預(yù)熱循環(huán)檢測(cè)讀出AD數(shù)值，轉(zhuǎn)換處理后將數(shù)據(jù)顯示在液晶上是否濃度超標(biāo)調(diào)節(jié)按鍵是否按下啟動(dòng)繼電器并報(bào)警調(diào)整濃度閥值否否是是 整體流程圖 程序代碼的編寫(xiě)根據(jù)流程圖以及各模塊的應(yīng)用特點(diǎn)、調(diào)用方式，編寫(xiě)各部分代碼。詳細(xì)代碼見(jiàn)附錄1。將編寫(xiě)好的代碼運(yùn)行無(wú)錯(cuò)誤之后，便可以燒錄到單片機(jī)中，進(jìn)行下一步的調(diào)試工作了。5 系統(tǒng)的調(diào)試在前面幾章中，詳細(xì)的討論了本系統(tǒng)硬件方面和軟件方面的設(shè)計(jì)，但是要想讓系統(tǒng)真正運(yùn)行起來(lái)達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)和功能，就必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)的調(diào)試同樣包括硬件方面和軟件方面。 系統(tǒng)硬件調(diào)試 元器件的焊接首先選擇合適的電路板，以方便元器件的焊接以及擺放。焊接前，對(duì)電阻、電容的值要進(jìn)行測(cè)量、篩選，選擇與電路中參數(shù)值一致的元器件。焊接時(shí)，認(rèn)真對(duì)照原理圖，查看元器件的管腳是否焊接正確。上方為未超過(guò)設(shè)定閥值時(shí)的工作效果，下方為超過(guò)設(shè)定閥值時(shí)的工作效果。 焊接實(shí)物圖 電路測(cè)試電路板焊接完成后，需要對(duì)每個(gè)元器件的管腳逐個(gè)進(jìn)行檢查。一方面是檢查有沒(méi)有管腳虛焊或者與其他信號(hào)線短路，另一方面是元器件管腳功能的檢查或者因焊接溫度過(guò)高造成的元器件損壞。檢查電路焊接沒(méi)有問(wèn)題后，則可以進(jìn)行上電測(cè)試。上電測(cè)試是調(diào)試的關(guān)鍵步驟，首先接通電源之后，測(cè)試各個(gè)電源端口和器件的電源部分是否正常工作，同時(shí)應(yīng)該注意系統(tǒng)中有無(wú)元器件過(guò)熱的現(xiàn)象。如果有的話，可能是相應(yīng)的元器件損壞或者電路中存在短路的現(xiàn)象，需要認(rèn)真檢查之后再加電。如果沒(méi)有問(wèn)題，則可以進(jìn)行功能測(cè)試。硬件電路裝配、焊接完成后，可能不能正常工作。為了方便調(diào)試，采用分塊調(diào)試的方法。在通電之前，一定要檢查電壓的極性，否則很容易燒毀芯片。加電后檢查各元器件管家的電位，一般先檢查Vcc與GND之間的電位。 系統(tǒng)軟件調(diào)試系統(tǒng)硬件調(diào)試完成后，軟件的調(diào)試也非常重要。系統(tǒng)軟件調(diào)試時(shí)，也可以分模塊進(jìn)行。首先，接通電源后，檢查1602LCD液晶顯示。上電后，檢查是否可以正常顯示。觀察是否能夠正常顯示開(kāi)機(jī)歡迎畫(huà)面，待進(jìn)入系統(tǒng)后，觀察能否正常顯示測(cè)量畫(huà)面。如果不能，便檢查顯示模塊的代碼問(wèn)題。其次，檢查報(bào)警模塊和繼電器模塊。由于氣體傳感器在預(yù)熱過(guò)程中會(huì)形成一個(gè)高電平，造成測(cè)量的濃度偏高，超過(guò)初始的閥值，所以就可以觀察報(bào)警模塊和繼電器模塊的工作是否正常，正常情況下可以觀察到發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器報(bào)警；待系統(tǒng)穩(wěn)定后可以聽(tīng)到繼電器停止工作后的響聲，同時(shí)發(fā)光二極管和蜂鳴器停止工作。再次，檢查傳感器信號(hào)采集模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。和前面一樣，在系統(tǒng)預(yù)熱過(guò)程中觀察即可，看是否測(cè)量濃度在平穩(wěn)下降。最后，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，檢查輸入模塊工作是否正常。 系統(tǒng)整體調(diào)試接通電源是系統(tǒng)穩(wěn)定后，首先要對(duì)初始值進(jìn)行調(diào)試。即把系統(tǒng)暴露在空氣中，環(huán)境為無(wú)酒精環(huán)境，將與MQ3氣敏傳感器連接的電阻首先用滑動(dòng)變阻器代替，調(diào)節(jié)使顯示值為零，進(jìn)行多次斷電，最終沒(méi)有數(shù)據(jù)變化，顯示值始終為零后，測(cè)量滑動(dòng)變阻器阻值，用相近（偏大）的電阻替換焊接。，，，分別靠近MQ3氣敏傳感器，，。，%。交通法規(guī)定的酒駕標(biāo)準(zhǔn)是20mg/100ml，根據(jù)國(guó)際呼吸酒精含量對(duì)照表可知， mg/L，高于這個(gè)含量均為酒駕。所以在此含量以上的誤差可以稍大，不影響系統(tǒng)的安全性。序號(hào)呼出氣體mg/L呼出氣體ppm血液中mg/100ml血液中‰BAC15210315420525630735840945105011551260136514701575168017 851890199520100 國(guó)際呼吸酒精含量對(duì)照表至此對(duì)于系統(tǒng)的調(diào)試工作便完成了。6 結(jié)論從主動(dòng)安全的角度出發(fā)提出了設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其進(jìn)行了修改，優(yōu)化。依據(jù)方案設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了基于 AT89C51單片機(jī)的硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣體信號(hào)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警模塊、液晶顯示模塊和繼電器模塊、輸入模塊等的控制電路功能。報(bào)警模塊功能為當(dāng)檢測(cè)到酒精濃度超標(biāo)時(shí)，能夠經(jīng)蜂鳴器發(fā)出警告提示；液晶顯示模塊能夠顯示呼出氣體中酒精含量值；繼電器能夠在檢測(cè)到酒精濃度超標(biāo)時(shí)，同時(shí)進(jìn)行工作。而輸入模塊則可以對(duì)于閥值進(jìn)行修改?；贙eilμVison4編譯器的基礎(chǔ)上編寫(xiě)了整個(gè)軟件程序。主要包括酒精傳感器模擬電壓輸出采集處理子程序、顯示子程序、輸入程序、報(bào)警及驅(qū)動(dòng)繼電器驅(qū)動(dòng)等子程序。當(dāng)然系統(tǒng)的擴(kuò)展功能也很重要。在整個(gè)程序的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，便可以安裝與汽車上，成為防酒駕智能閉鎖系統(tǒng)。將繼電器模塊連接與汽車的電路系統(tǒng)中，將輸入系統(tǒng)改為預(yù)先設(shè)定的閥值，即可實(shí)現(xiàn)在駕駛員飲酒后呼出氣體濃度超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，報(bào)警的同時(shí)啟動(dòng)繼電器切斷汽車引擎的電源，防止交通事故的發(fā)生，并且可以對(duì)駕駛者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止他人代啟動(dòng)的情況發(fā)生。但由于在討論中，無(wú)法消除對(duì)于其他乘車人員的飲酒后的影響，已經(jīng)行車時(shí)安全的考慮，故在此系統(tǒng)中無(wú)法完成。希望以后可以將這種安全系統(tǒng)應(yīng)用于汽車上，為人們帶來(lái)安全。致 謝對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)的完成，要感謝許多人的幫助。沒(méi)有他們的幫助，我就無(wú)法完成這個(gè)設(shè)計(jì)，甚至于就沒(méi)有這個(gè)設(shè)計(jì)。首先我要感謝我的指導(dǎo)教師武夢(mèng)龍老師。從選題之初武老師就給予了我很多的幫助，一次次的幫我指出最初方案中存在技術(shù)上以及應(yīng)用上的很多問(wèn)題，一次次的幫助我修改完善方案，最終敲定了這個(gè)設(shè)計(jì)方案，老師沒(méi)有因?yàn)楣ぷ鞯姆泵Χ雎晕?，相反，老師抽出時(shí)間來(lái)幫助我解決設(shè)計(jì)中的各種問(wèn)題?？梢哉f(shuō)沒(méi)有武老師的幫助就沒(méi)有這個(gè)設(shè)計(jì)。我還要感謝我的朋友、同學(xué)。在這個(gè)的設(shè)計(jì)你們也給予了我很大的幫助，不管是硬件的搭建還是軟件的編寫(xiě)上都幫了我不少的忙。同時(shí)也是因?yàn)橛辛四銈兊呐惆?，才讓我在這次的設(shè)計(jì)之中少了很多煩躁的負(fù)面情緒。還有我要感謝我的家人，你們做好了我的后勤工作，讓我可以專心的投入到這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中。也感謝你們?nèi)萑塘宋疫@段時(shí)間的壞脾氣，也許在這里我更應(yīng)該跟你們道一聲抱歉。最后，我還想要感謝北方工業(yè)大學(xué)，在這個(gè)我度過(guò)了大學(xué)的四年，在這里讓我成長(zhǎng)了很多，學(xué)會(huì)了很多，體驗(yàn)了很多。我將載著你給的財(cái)富去繼續(xù)以后的人生！參考文獻(xiàn)[1] [J].精密制造與自動(dòng)化