【正文】 程序易于移植。 15 C 語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習(xí)慣。程序編寫語言比較常見的有 C 語言、匯編語言。系統(tǒng)軟件整體流程圖如圖 41 所示： 開 始單 片 機 初 始 化單 片 機 進 行 A / D轉(zhuǎn) 換進 行 數(shù) 據(jù) 處 理 數(shù) 碼 管 顯 示判 斷 酒 精 濃 度 是 否 超 標(biāo)啟 動 聲 光 報 警Y切 斷 繼 電 器N 圖 41 系統(tǒng)軟件整體流程圖 編譯語言的選擇 對于單片機的編程來說， C語言是比較常見的一種高級語言。酒精濃度采集，當(dāng)傳感器檢測到有酒精的時候，傳感器兩腳之間的電阻減小，對應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載的電阻分壓變大，將這一變化的數(shù)值送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，之后通過軟件編寫對數(shù)據(jù)進行處理，再將這一變化值成功的通過驅(qū)動數(shù)碼管顯示。繼電器驅(qū)動電路如圖 38 所示 圖 38 繼電器驅(qū)動電 路 14 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件整體流程圖 系統(tǒng)程 序主要完成 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)碼管顯示、聲光報警等功能。 圖 35 晶振電路 12 本設(shè)計采用共陰極四位一體數(shù)碼管 ,單片機通過程序?qū)?A/D 轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為酒精的濃度實時顯示在數(shù)碼管上其電路如圖 36 所示 圖 36 數(shù)碼管顯示模塊 A/D0832 轉(zhuǎn)換器通過 口將數(shù)字信號輸入單片機，單片機對信號進 行分析判斷駕駛員體內(nèi)酒精濃度是否超過閾值，通過 口點亮二極管同時蜂鳴器發(fā)出聲音報警，其電路圖如圖 37 所示 : 圖 37 聲光報警電路 13 當(dāng)駕駛員體內(nèi)酒精濃度超標(biāo)，如果駕駛員想要啟動汽車，那么單片機的 口將會控制繼電器，切斷汽車電源，使汽車無法啟動，有效的防止酒后駕車。晶振全稱為晶體振蕩器，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，其電路結(jié)構(gòu)簡單，功率消耗低。外部時鐘方式是在 XTAL1 端引入外部已有的時鐘信號，而 XTAL2 端懸空，外部時鐘信號一般是頻率小于 12MHZ 的方波。另外電容容值也應(yīng)該合適，要保證放電時， RST 引腳上的高電平也能保持兩個機器周期以上的高電平。 上電復(fù)位的實現(xiàn)方法是，在接通電源時， RST 引腳獲得瞬間高電平，因為電容電壓不能突變，隨著圖 34 中的電容 C1的充電， RST 引腳所獲得的高電平逐漸下降，但能保持兩個機器周期以上的時間，單片機復(fù)位。這樣使得單片機每次執(zhí)行程序都處于確定狀態(tài)，如果沒有程序指針，就不知道程序一開始應(yīng)該從哪里開始執(zhí)行，也不知道工作時應(yīng)該執(zhí)行哪條語句。 圖 33 信號轉(zhuǎn)換模塊 復(fù)位電路 單片機工作過程中有一個程序指針，它指向即將要執(zhí)行的程序。隨后輸出 8位數(shù)據(jù)，到第 19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。直 到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。 第 3個脈沖的下沉之后 DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。當(dāng) 2位數(shù)據(jù)為 “0” 、 “0” 時，將 10 CH0作為正輸入端 IN+， CH1作為負(fù)輸入端 IN進行輸入。 當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為 “1” 、 “0” 時，只對 CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。在第 1 個 時鐘脈沖 的下沉之前 DI端必須是高電平，表示啟始信號。當(dāng)要進行 A/D轉(zhuǎn)換時，須先將 CS使能端 置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。但由于 DO端與 DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO和 DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 CLK芯片時鐘輸入。 DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 A/D0832芯片如圖 32所示 圖 32 ADC0832 芯片管腳 圖 芯片接口說明： CS_片選使能，低電平芯片使能。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電 9 壓輸入在 0~5V 之間。酒精傳感器將電壓通過 CH0輸入 A/D0832轉(zhuǎn)換器， A/D0832轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號通過 D0與 DI口傳入單片機。此端口接入 AD0832 轉(zhuǎn)換器的 2 號引腳，實現(xiàn) AD 轉(zhuǎn)換。但是由于傳感器模塊內(nèi)部預(yù)設(shè)值不方便通過程序改 變，所欲在本設(shè)計中報警值在程序中設(shè)定，報警由單片機程序控制，這要便于修改。電路將 MQ3 的阻值變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化，從而通過 A/D0832 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號供單片機處理。 本設(shè)計中采用的是 A/D0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它是 一種 8位分辨率 、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換芯片 、 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μ S、 輸入輸出電平與 TTL/CMOS相兼容 、 5V電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間； 由于它體積小，兼容性強，性價比高而被廣泛使用。實現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為 A/D轉(zhuǎn)換器（ ADC）。在具有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中， P2 口作為高 8位地址線， P0口分時作為低 8 位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。 4個端口通常 P0 ～ P3。由于其能夠進行位傳送、置位、清 0、測試、邏輯運算等功能，并且有 4 個 I /O端口，每個端口都是 8 位雙向口，共占 32根引腳。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 7 P3 口： P3口是一個帶內(nèi)部上接電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O端口， P3口的每一位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 （ 3） I/O 口 P0 口： P0口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。當(dāng) EA引腳為高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器，但在 PC 值超過 0FFFH 時，此時超出片內(nèi)程序存儲器的 4KB 地址范圍，將自動執(zhí)行外部程序存儲器中存儲的程序。在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。 ALE/ PROG 引腳： ALE 引腳輸出為地址鎖存允許信號，當(dāng)單片機上電正常工作后 ALE 引腳不斷輸出正脈沖信號。 RST/VPD引腳： RESET（ RST）是復(fù)位信號輸入端，當(dāng)其輸入高電平時有效。 ⑵ 控制引腳： PSEN 、 ALE、 EA、 RESET（ RST）。 XTAL2接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。這個反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 XTAL1 接外部的一個引腳。 時鐘引腳 XTAL XTAL2 外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了 1 個晶體振蕩器，它為單片機提供了時鐘控制信號。 電源引腳 接入 單片機的工作電源。 (5)可對系統(tǒng)進行反復(fù)的試驗 ：基于 89 系列單片機的系統(tǒng)設(shè)計，其可以對系統(tǒng)進行反復(fù)的試驗，編寫不同的程序進行多次試驗，這樣能夠使用戶設(shè)計出來 6 的系統(tǒng)達到最完美，而且，隨著用戶的增加和需要，對不滿意的地方可以修改，使系統(tǒng)不斷能追隨用戶的最新要求。 (4)錯誤編程亦無廢品產(chǎn)生 ：一般的 OTP 產(chǎn)品 如果編程錯誤就意味著成了廢品而 89 系列單片機帶有 Flash 存儲器。 (2)和 80C51 底角插座完全兼容： 89 系列單片機擁有與 80C51 相同的引腳，所以，當(dāng)用 89 系列單片機被 80C5 替代 1 時能夠直接被代換 這時無論采用 40引腳或是 44 引腳的東西，只要 89 系列單片機能夠完全替代 80C51 單片機的引腳就可以。 本設(shè)計采用 AT89系列單片機，由于 89系列單片機具有以下優(yōu)點： (1)內(nèi)部含 Flash 存儲器：修改在處于開發(fā)過程中的系統(tǒng)的程序是非常容易的這就大大縮短了開發(fā)系統(tǒng)的時間。 單片機 又稱微控制 集成電路芯片，微處 理器 (CPU)能夠?qū)?shù)據(jù)進行 算術(shù)運算，邏輯運算 ，并且 數(shù)據(jù) 的 傳送、中斷處理 也通過 CPU進行 ，隨機 存儲 數(shù)據(jù) 的 RAM，只讀存儲 ROM，輸入輸出 設(shè)備接口 (I/O口 )，定時計數(shù)器 ， 串行通信口 (SCI)，顯示驅(qū)動電路 (LCD或 LED驅(qū)動電路 )，脈寬調(diào)制電路 (PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D轉(zhuǎn)換器等電路 在一塊單片芯片上進行集成 ， 組成 一個 微型但是很 完 整 的計算機系統(tǒng)。 單片機的選擇 當(dāng)今，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品趨于智能化、微型化、低功耗。駕駛員的酒駕程度等于血液中跟肺部呼吸出的氣體中的酒精濃度的比值，我國規(guī)定當(dāng)血液中酒精濃度 大于或者等于 20mg/100mL，小于 80mg/100mL視為酒后駕駛。封裝的氣敏元件 6只管腳中 4個管角用于信號取出， 2個管角用于加熱電流的供給。為了使測量更準(zhǔn)確，使用時需要將傳感器提前加熱 12分鐘。負(fù)載電阻 RL 可調(diào)為 ～ 200K，加熱 電壓 Uh為 5V。傳感器表面電阻 RS的變化，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL上的有效電壓信號 VRL出面獲得的。該傳感器可檢測多種濃度酒精氣 氛，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。當(dāng)傳感器隨著所處環(huán)境中酒精蒸汽的增加，傳感器的電導(dǎo)率也隨著酒精氣體濃度的增加而增大。本設(shè)計采用 MQ3酒精傳感器，由于 MQ3傳感器對酒精氣體具有良好的靈敏度、長壽命、低成本，耐汽油、煙霧、水蒸氣。 系統(tǒng)方案設(shè)計 基于以上的構(gòu)思，設(shè)計出基于單片機防酒后駕車控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)功能框圖如圖 21所示： 電 源A T 8 9 C 5 1 單 片 機M Q 3 酒 精 傳 感 器 A D 0 8 3 2 轉(zhuǎn) 換 器 L E D 報 警蜂 鳴 器 報 警數(shù) 碼 管 顯 示驅(qū) 動 繼 電 器 圖 21 系統(tǒng)功能框圖 以下是我對該系統(tǒng)簡單的介紹： 本系統(tǒng)主要由電源模塊、酒精傳 感器 AT89C51 單片機、 A/D0832 轉(zhuǎn)換器、數(shù)碼管顯示模塊、聲光報警模塊、繼電器驅(qū)動模塊等組成、其主要任務(wù)是采集酒精傳感器的輸出電壓信號，經(jīng)過放大后傳入 A/D0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信 4 號傳入 AT89C51 單片機進行處理，當(dāng)駕駛員酒精濃度超過規(guī)定的值時，單片機將酒精濃度傳給數(shù)碼管進行顯示，并且驅(qū)動聲光報警模塊和繼電器動作，提醒駕駛員其體內(nèi)酒精濃度已經(jīng)超標(biāo)，并且及時切斷繼電器，保證駕駛員的安全。 3 2 系統(tǒng) 整體設(shè)計 系統(tǒng)整體設(shè)計思路 本設(shè)計研究的是酒后駕車控制系統(tǒng)，采用 MQ3型酒精傳感器，通過該傳感器檢測駕駛員呼出氣體的酒精含量，判斷其是否超過安全駕駛標(biāo)準(zhǔn)，如果超標(biāo)則通過 LED 以及蜂鳴器發(fā)出的聲光報警來提醒駕駛員體內(nèi)酒精含量已經(jīng)超標(biāo)，并且通過數(shù)碼管來顯示駕駛員體內(nèi)的酒精含量，使駕駛員能夠清晰的看到自己體內(nèi)的酒精濃度起到警示的作用，為了防止駕駛員酒后啟動汽車，本設(shè)計中還缺少一個能夠自動切斷汽車引擎電源的裝置，本設(shè)計采用繼電器來實現(xiàn)這個功能，通過繼電器來控制汽車引擎電源。該系統(tǒng)安裝在汽車上，不用交警和其他人員就能判斷司機是否酒后駕車，以確保了司機的安全，又減少了交警等人員的工作量。所以，酒后駕車，特別是在醉酒的狀態(tài)下行駛，嚴(yán)重的危害道路交通安全。科學(xué)表明，未飲酒的駕駛員行駛在道路上，在前方有危險時，從發(fā)現(xiàn)到踩下剎車的反應(yīng)間隔為 ，而飲酒后依然駕車的駕駛員在同樣的情況下反應(yīng)的間隔要比沒有飲酒的要減慢 23倍，在相同的速度 下行駛?cè)绻枰苿?，其距離也要延長，這樣大大增加了發(fā)生交通事故的概率。醫(yī)學(xué)研究證明 ,缺少乙醛脫氫酶的中國人 , 在其 飲酒后極易在體內(nèi)聚集乙醇 ,使飲酒者感覺頭痛、心動過速、嗜睡、血管擴張。我國現(xiàn)階段仍然在較大范圍內(nèi)存在所謂 “ 無酒不成席”的習(xí)俗 ，“喝 酒不駕車 ， 駕車不飲酒”的觀念尚未深入人心 。當(dāng)然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機一進入車內(nèi)檢測儀就檢測司機的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無法啟動，這樣就可從根本上解決酒后駕車問題。 駕駛員飲酒后 , 酒精被駕駛員體內(nèi)消化系統(tǒng)吸收 , 通過血液的流動 , 肺部呼出大約 90%的酒精氣體 , 因此想要判斷司機的飲酒程度，只需要通過酒精傳感器測量司機呼出的氣 體中酒精濃度。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應(yīng)錯誤率顯著增加，當(dāng)血液中酒精濃度由 ‰增至 1‰ ，發(fā)生車禍的可能性便增加 5倍，如果增至 ‰ ，可能性再增加 6倍。 課題研究的意義 本設(shè)計基于 AT89C51單片機而設(shè)計的防酒后駕車控制系統(tǒng)，它可以檢測空氣中酒精的含量，最重要的用途是檢測 司機的體內(nèi)酒精的濃度。 針對酒后駕車這種害人害己的行為，防酒后駕車控制系統(tǒng)的設(shè)計是非常必要的，它能強制酒后的駕駛員無法啟動汽車，降低交通事故的發(fā)生概率。 表 11： 20212021年交通事故數(shù)與死亡 人數(shù) 年份（單位：年） 交通事故數(shù)（單位：數(shù)） 死亡人數(shù)（單位：人） 2021 265565 73484 2021 238351 67759