【正文】 本裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、體積小、成本低，靈敏度、精度滿足基本應(yīng)用，有一定的推廣使用的價值。上位機軟件采用 Visual C++ 設(shè)計，調(diào)試方便，易于使用。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 33 頁 共 39 頁 結(jié) 論 本文設(shè)計了一款基于酒精氣敏傳感器 MQ可以實現(xiàn)酒精濃度監(jiān)控功能的酒精濃度檢測儀。紅色線條為醉酒報警閾值曲線，藍色線條為檢測到的酒精濃度曲線。 圖 醉酒報警工作界面圖 按鍵可以調(diào)整醉酒閾值，如圖 所示，醉酒閾值被調(diào)整到了 85mg/100ml。 圖 正常工作界面圖 當(dāng)檢測到的酒精濃度值超過酒后閾值時，紅燈就會被點亮。 將 Keil 編譯好程序后生成的 HEX 文件下載到單片機里，再將電池連接上，按下開關(guān)加電上機。這里繪制了兩條曲線，一條是酒精濃度值的曲線，一條是報警閾值的曲線。 圖 上位機軟件流程圖 上位機軟件中，首先設(shè)計軟件界面。它不僅能用來繪制多達上百種二維和三維圖形風(fēng)格的圖表，還包括了四十種數(shù)學(xué)和統(tǒng)計功能，再加上幾十種調(diào)色板組件，可謂最厲害 的圖表控件。有了此控件，開發(fā)串口通信程序的復(fù)雜程度就被大大簡化了。 ? Microsoft Communications Control 控件。 4． 8 上位機程序 的設(shè)計 本系統(tǒng)中，接收端的無線模塊收到數(shù)據(jù)包后，中斷提示接收端的單片機把數(shù)據(jù)包讀出，然后單片機將數(shù)據(jù)包通過串口發(fā)送到上位機。當(dāng)檢測到的濃度值大于酒后閾值時，一個指示燈亮；當(dāng)濃度值大于醉酒閾值時，兩個指示燈同時亮，同時蜂鳴器鳴響報警。因為 STC12C5A60S2 內(nèi)部 EEPROM 只能完成送‘ 1’到‘ 0’的編程，不能反向編程。 4． 6 閾值保存讀取子程序的設(shè)計 本系統(tǒng)使用 STC12C5A60S2 內(nèi) 部的容量為 1KB 的 EEPROM 儲存醉酒閾值，實現(xiàn)掉電存儲閾值的功能。鍵盤掃描流程圖如圖 所示。 圖 無線數(shù)據(jù)接收端流程圖 首先初始化無線接收端 NRF24L01，設(shè)定好本機地址，要接收的數(shù)據(jù)包大小、通信Y N 無線模塊初始化 進入接收模式 讀數(shù)據(jù)、發(fā)到上位機 開始 等待 上位機繪制曲線 收到數(shù)據(jù)包？ 無線模塊初始化 進入發(fā)射模式 發(fā)射數(shù)據(jù)包 開始 裝載數(shù)據(jù)包 返回 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 24 頁 共 39 頁 頻率等，然后等待接收到數(shù)據(jù)包。 AD 初始化 啟動 ADC 讀出結(jié)果 開始 等待 轉(zhuǎn)換完成？ 返回 Y N 液晶屏初始化 顯 示歡迎界面 更新數(shù)據(jù)顯示 開始 顯示工作界面 返回 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 23 頁 共 39 頁 4． 4 無線收發(fā)子程序的設(shè)計 無線模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送端軟件流程圖如圖 所示。 圖 顯示模塊流程 首先初始化液晶屏，設(shè)定液晶屏為 5X7 點陣顯示、不顯示光標(biāo)、開顯示 。 AD 轉(zhuǎn)換（計算濃度） 開始 加電開機 單片機初始化 閾值調(diào)節(jié)（按鍵檢測） 液晶屏初始化 顯示歡迎界面 無線模塊初始化 顯示工作界面 讀取閾值 閾值保存 更新顯示 報警檢測 無線發(fā)送數(shù)據(jù) 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 22 頁 共 39 頁 圖 AD 轉(zhuǎn)換流程圖 首先初始化 AD 轉(zhuǎn)換器，設(shè)定好輸入引腳及轉(zhuǎn)換方式，其次啟動轉(zhuǎn)換，再采用查詢法等待 AD 轉(zhuǎn)換完成。接下來就是又開始AD 轉(zhuǎn)換，進入下一個主循環(huán)，周而復(fù)始。緊接著讀取單片機內(nèi)部 EEPROM 保存好的醉酒閾值。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 21 頁 共 39 頁 4 軟件設(shè)計 4． 1 整體軟件流程圖 整體軟件程序主要包括 AD 轉(zhuǎn)換程序、顯示程序、無線發(fā)送程序、按鍵程序、閾值調(diào)節(jié)程序、閾值保存讀取程序、報警程序。敷銅可以減小地線阻抗、提高抗干擾能力、降低壓降、提高電源效率。 ? 當(dāng)輸入輸出端是高速信號時，導(dǎo)線應(yīng)盡量不要相鄰平行，盡量加上導(dǎo)線間地線，防止產(chǎn)生反饋藕合。 ? 預(yù)留出支架孔等孔的位置，制作物理邊框，即是板子的輪廓，元器件的布局要考慮到后期的焊接方便。 電子元器件的布局主要注意以下幾點。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 19 頁 共 39 頁 圖 整體硬件原理圖 設(shè)計好原理圖后，并且元件封裝等都檢查無誤后就可以生成網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入 PCB 文件進行 PCB 設(shè)計了。 3． 8 印刷電路板的設(shè)計 印刷電路板設(shè)計前首先要設(shè)計電路原理圖。 BT1 和 BT2 為兩節(jié) 18650 電池，VCC 為 5v 電壓輸出， 為 電壓輸出。 C 到 +125176。 C 到 +120176。其內(nèi)部還集成過熱和過流保護電路，可作為電池供電設(shè)備的一個良好選擇。其中單片機、液晶屏、聲光報警裝置等需要 5v電壓，而 NRF24L01 需要 電壓供電。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁 共 39 頁 圖 數(shù)據(jù)接收端電路圖 3． 7 電源模塊的設(shè)計 本系統(tǒng)采用電池供電。 ? 異步串行數(shù)據(jù)總線可兼容所有的握手和調(diào)制調(diào)節(jié)器接口協(xié)議，支持 8 位數(shù)據(jù)位、12 位停止位、校驗位的串行數(shù)據(jù)。 CP2102 模塊具有如下特點。接收端的單片機接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到上位機。 NRF24L01 無線模塊與單 片機的連線電路如圖 所示。 IRQ，中斷引腳，無線模塊在完成發(fā)送或接收后將此引腳電平置低來通知單片機，通常接單片機的中斷輸入引腳。 SPI 協(xié)議的四根引腳。電源，一般使用 電壓。 NRF24L01 模塊電路圖如圖 所示。 ? 模塊可軟件設(shè)地址，可直接連接各類單片機使用，可采用中斷通知 單片機。 ? 最高工作速率為 2Mbps，抗干擾能力強。本系統(tǒng)采用NRF24L01 無線模塊作為無線收發(fā)模塊。 2N3904 集電極發(fā)射極最大耐壓為 40V，集電極電流最大 200mA，封裝為 TO393，足夠使用。當(dāng)引腳輸出低電平時 ,LED 二極管亮。當(dāng) 檢測到的濃度值高于醉酒閾值時，第二個 LED 燈同時被點亮，同時蜂鳴器鳴響。通過檢測這個低電平，就能夠了解按鍵是否按下，單片機就可以做出相應(yīng)的處理。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 共 39 頁 圖 按鍵電路 如電路所示，兩個 按鍵分別接單片機的 P2^5 腳和 P2^6 腳。 圖 LCD1602 顯示電路 如圖 11， LCD1602 的 8 位數(shù)據(jù)線和單片機的 P0 I/O 口按順序相連， V0 端接一電位器調(diào)對比度， RS、 RW、 E 三條控制線分別接單片機的 P2^0、 P2^ P2^2 三個引腳。 LCD1602 有如下特點。 RW 為讀寫控制線，高電平時為讀，低電平時進行寫。 VDD,5V 正電源。一般為 14 針或 16 針， 16 針的多余 2 根是背光線。 AD 轉(zhuǎn)換電路如圖 所示。這樣就實現(xiàn)了模擬電壓信號的輸出。 MQ3 的 2 腳接至電源，加熱電絲的另一端即 5 腳接地，讓電源對加熱電絲供電使其發(fā)熱，進而對敏感氣體進行加熱。其中 Rs是不同氣體和濃度下氣敏元件的電 阻值， Ro 是氣敏元件在潔凈氣體中的電阻值。它是將微型氧化鋁陶瓷管、二氧化錫敏感區(qū)、金屬電極和加熱電絲成的敏感元件放置在鋼制外殼內(nèi)。本系統(tǒng)的傳感器采用 MQ3氣敏酒精傳感器。電源接 VCC(5v)，電源用 10uF 電容濾波，電阻 R7 取 220 歐保護引腳， R8 取 10K，按鍵采用微動開關(guān)。 復(fù)位電路。雖然 STC12C5A60S2 內(nèi)部集成可作為時鐘的 RC 振蕩器，但由于其速度低、精度低等缺點，不常被使用。 XTAL2：反向振蕩器的輸出。外程序存儲器的使能信號。 ALE / PROG：當(dāng)讀寫外存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用來鎖存地址的低位字節(jié)。除此之外，根據(jù)引腳說明，每個引腳還可以在軟件里設(shè)置為第二功能，包括 SPI 接口、 ADC 輸入、中斷輸入、串口等功能。 （ 1） 增強型 8051 內(nèi)核，單機器周期 /時鐘，指令集兼容傳統(tǒng) 8051，工作電壓： 功耗低；工作溫度范圍寬： 40 +85℃ (工業(yè)級 ) / 0 75℃ (商業(yè)級 )； （ 2） 最高工作頻率可達 35MHz，等效于普通 8051 單片機的 420MHz； （ 3） 內(nèi)部集成容量為 1KB 的 EEPROM，讀寫可達十萬次； ? 內(nèi)部集成 8 路 10 位的高精度 ADC,速率可達 250K/S(每秒鐘 25 萬次）； ? Flash 存儲空間 64k，片上集成 1280B 高速內(nèi)存；具備在系統(tǒng)可編程和在應(yīng)用可編程功能，能通過串口（ ）直接高速下載用戶程序； ? 擁有 4 個 16 位計數(shù)器，包括兩個與傳統(tǒng) 8051 單片機兼容的計數(shù)器和 16 位技術(shù)器T0、 T1；具有 7 路外部中斷輸入口 ,電平下降沿或低電平觸發(fā)；還增加 PCA 模塊，支持電平上升沿觸發(fā)中斷；還可由外部中斷退出掉電模式； STC12C5A60S2 的引腳圖如圖 所示。本裝置選用 Microsoft Visual C++ 實現(xiàn)上位機軟件設(shè)計。 Visual C++主要由以下三個部分組成： Developer Studio、 MFC（微軟基礎(chǔ)類庫）和 Platform SDK。本系統(tǒng)選用 Protel99se 設(shè)計電路原理圖和印刷電路板（ PCB）。本系統(tǒng)選用 Keil Uvision4 和 C 語言完成單片機軟件的設(shè)計制作