【正文】 設(shè)計(jì)。 S1 自鎖開關(guān)是系統(tǒng)主開關(guān)，按下時(shí)電路導(dǎo)通，非按下時(shí)無電壓輸出，整個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉。 電源由 輸出的 VCC 提供。電路中 D1 為電源指示燈， R2 為指示燈的限流電阻。 C； 電源電路如圖 所示。 SOT223 封裝；工作溫度范圍 40176。 C； 參數(shù)如下。輸入電壓最高 18V；輸出電流可達(dá) 1A；輸出電壓 ；輸入電壓最低 ； SOT223 封裝；工作溫度范圍 40176。 本系統(tǒng)同時(shí)選用 和 兩款芯片來獲得 5v 和 電壓。 AMS1117 是一款低壓差線性穩(wěn)壓器，有多種固定電壓輸出的型號(hào)，輸出電流最大可達(dá) 1A，輸出電壓精度可達(dá) 1%，壓差最低可至 1v。整個(gè)系統(tǒng)最大工作電流估計(jì)在 300ma。 本系統(tǒng)需要兩個(gè)電源電壓來供電。為了獲得恒定充足的電源，這里采用 18650 鋰離子可充電電池。接收端的電路如圖 所示。 ? 內(nèi)建 512 字節(jié)接收緩沖區(qū)和 512 字節(jié)發(fā)送緩沖區(qū)。集成上電復(fù)位電路，片內(nèi)集成穩(wěn)壓器可輸出 電壓。 ? 符合 規(guī)范，支持將 USB 狀態(tài)掛起。它能把計(jì)算機(jī)的 USB 口通過驅(qū)動(dòng)程序轉(zhuǎn)換成串口通信達(dá)到擴(kuò)展目的。單片機(jī)一般都帶有串口模塊，但如今帶有串口的計(jì)算機(jī)已經(jīng)不多見。 同樣的，數(shù)據(jù)接收端也需要一個(gè)單片機(jī)控制的 NRF24L01 無線模塊。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁 共 41 頁 圖 NRF24L01 數(shù)據(jù)發(fā)送端電路圖 單片機(jī)的 P1^3 P1^7 依次連 NRF24L01 模 塊的 CSN、 CE、 MOSI、 MISO、 SCK 引腳，IRQ 接單片機(jī)的中斷輸入引腳 P3^3。除了電源引腳，其余引腳是可以直接和單片機(jī)引腳相連的。 沒有硬件 SPI 接口的單片機(jī)也能夠?qū)?I/O 口用軟件模仿 SPI 協(xié)議來完成對(duì)模塊的控制工作。 ? CE，無線模塊工作模式切換引腳，此引腳配合模塊 CONFIG 寄存器的狀態(tài)決定模塊的工作狀態(tài)。 SCK 為 SPI 協(xié)議的時(shí)鐘線， CSN 是SPI 協(xié)議的使能端，低電平時(shí) SPI 模塊工作。 ? MOSI、 MISO、 SCK、 CSN。 GND。 ? VCC。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 41 頁 圖 NRF24l01 模塊內(nèi)部電路圖 NRF24L01 使用 SPI 協(xié)議接口完成寄存器讀寫工作。 ? 工作于 ESB（ Enhanced Shock Burst）模式，具備可選的內(nèi)置包答復(fù) 機(jī)制，可極大的降低丟包率。軟件編寫方便。 ? 低功耗， 電壓可工作，工作電流很低，待機(jī)是僅為 22uA，掉電時(shí)僅為900nA。統(tǒng)共 126 個(gè)頻段，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信和跳頻通信的需求。 ? 工作于 ISM 頻段免許可證使用，內(nèi)置 天線，體積小巧。 NRF24L01 無線模塊是由挪威的 NORDIC 公司出品的，工作在 ~ 頻段的單片無線收發(fā)射頻芯片 nrf24l01 開發(fā)而成。 3． 6 無線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)要求將測(cè)得的數(shù)據(jù)無線發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控處理。當(dāng) P2^7 引腳輸出為高電平時(shí)，三極管處于飽和區(qū)，蜂鳴器導(dǎo)通并鳴響；當(dāng)其輸出低電平時(shí)，三極管位于截止區(qū)，蜂鳴器斷開不發(fā)聲。由于STC12C5A60S2 的拉電流和灌電流都不足以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，故采用型號(hào)為 2N3904 的 NPN三極管作為開關(guān)管來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。 R R4 可取 1k 或 560 歐，起到限流和保護(hù)作用，防止灌電流過大損壞單片機(jī)和燒毀 LED 二極管。兩個(gè) LED 二極管分別連到單片機(jī)的 P2^5 和 P2^6 引腳。聲光報(bào)警電路如圖 所示。首先當(dāng)檢測(cè)到的酒精濃度值大于酒后閾值時(shí)，第一個(gè) LED燈亮。值得注意的是， R R6 兩個(gè)電阻不宜取值過小，否則會(huì)造成按鍵按下時(shí)電流過大，造成功耗過大和系統(tǒng)不穩(wěn)定。 當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)的引腳就被下拉到地，單片機(jī)就獲得一個(gè)輸入的低電平。 R5 和 R6 都取 1k 或560 歐。其電路如圖 所示。 3． 4 鍵盤模塊的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要用到兩個(gè)按鍵來調(diào)節(jié)醉酒報(bào)警的閾值。 LCD1602 的顯示電路如圖 所示。 或 5V 的供電電壓，對(duì)比度可調(diào)，功耗很低；顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM為 80B；內(nèi)部集成 192個(gè)和 ACSII碼對(duì)應(yīng)的 5*7點(diǎn)陣 字符存儲(chǔ)器 CGROM；8 個(gè)可自行設(shè)定的 5*7 的字符存儲(chǔ)器 CGRAM。 ? D0～ D7,8 位雙向數(shù)據(jù)線。 E 為使能端。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁 共 41 頁 ? RS,選取內(nèi)部寄存器， 5v 時(shí)為數(shù)據(jù)寄存器， 0v 時(shí)為指令寄存器。 ? V0,對(duì)比度調(diào)節(jié)引腳，可接一電源到地的可變電壓來調(diào)節(jié)對(duì)比度。 ? VSS,電源地。外形圖如圖 所示。它由若干個(gè) 5*7 或者 5*11 的點(diǎn)陣構(gòu)成，每個(gè)點(diǎn)陣都能顯示一個(gè)字符，共可以顯示兩行，每行可顯 16 個(gè)字符。 圖 AD 轉(zhuǎn)換電路 3． 3 顯示模塊的設(shè)計(jì) 顯示模塊采用 LCD1602 液晶屏。這里采用 P1^0 口作為輸入。 圖 MQ3 應(yīng)用電路 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁 共 41 頁 獲得的信號(hào)電壓是一個(gè)模擬量，是不能直接被單片機(jī)運(yùn)算處理的，它必須經(jīng)過AD(數(shù)模 )轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)才能被單片機(jī)所接受。這樣，當(dāng)敏感氣體來到時(shí)，根據(jù)酒精氣體濃度的不同氣體電 阻的大小也就不一樣，然后由于電阻分壓， B 電極上的電壓也就不一樣。 MQ3 的 3 引腳相接（當(dāng)作電極 A），作為氣體電阻的一極， MQ3 的 6 引腳接到一起（當(dāng)作電極 B），作為敏感氣體電阻的另一極。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁 共 41 頁 圖 MQ3 濕度特性 MQ3 傳感器的應(yīng)用電路如圖 所示。 圖 MQ3 的靈敏度特性 MQ3 元件的濕度特性如圖 所示。 圖 MQ3 測(cè)量回路 在溫度 20℃、相對(duì)濕度 65%、氧氣濃度 21%、 RL 阻值為 200K 的條件下 MQ3 的靈敏度特性如圖 所示。封裝好后有 6 只針型引腳，其中 4 個(gè)輸出信號(hào)， 2 個(gè)為加熱電壓輸入。 MQ3 半導(dǎo)體型酒精氣敏傳感器的構(gòu)造和形狀如圖 所示。MQ3 是一種半導(dǎo)體型傳感器，它的以下特點(diǎn)決定了其很適用于本系統(tǒng)，包括對(duì)酒精蒸汽有很高的靈敏度和極佳的選擇特性。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁 共 41 頁 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 3． 2 酒精傳感器的選型及設(shè)計(jì) 酒精傳感器是本系統(tǒng)的一個(gè)核心元件。 按鍵不按下時(shí) RST 引腳被下拉到地，按下時(shí)RST 接近高電平。這里設(shè)計(jì)的是外部按鍵復(fù)位電路， RST 引腳通過一個(gè)電阻連接至高電平保持兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位方式有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種。這里采用 22pf 的電容。這里選用外部高精度石英晶體振蕩器和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路作為時(shí)鐘 信號(hào)電路。 時(shí)鐘電路。 為使單片機(jī)工作起來，必須首先搭建單片機(jī)的最小系統(tǒng)。 ? XTAL1：反向振蕩放大器及內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)工作電路的輸入。 EA/VPP： EA 為低電平，讀取外 部 ROM；加密方式 1， EA 將內(nèi)部固定為 RESET；當(dāng) EA 為高電平時(shí)，讀取內(nèi)部 ROM。 ? PSEN。在 FLASH 編程期間，此管腳用來輸入編程脈沖。復(fù)位輸入。除了通用 I/O 口，還有以下引腳。每個(gè)引腳都能拉出或灌入 20mA 電流。 圖 STC12C5A60S2 引腳圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁 共 41 頁 STC12C5A60S2 共有 4 組通用 I/O 口，可以作為基本的輸入輸出口來使用。 STC12C5A60S2 具備以下主要特點(diǎn)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 6 頁 共 41 頁 3 硬件設(shè)計(jì) 3． 1 主控模塊的選型與設(shè)計(jì) 用作本裝置的微控制器應(yīng)盡量有如下特點(diǎn)：運(yùn)行速度快、集成 AD 轉(zhuǎn)換功能、 AD轉(zhuǎn)換速度快、集成 EEPROM（電可擦除可編程存儲(chǔ)器）、引腳數(shù)量豐富、內(nèi)部集成上拉電阻（引腳狀態(tài)可編程）價(jià)格便宜、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、適應(yīng)于各種應(yīng)用。用 MFC 進(jìn)行上位機(jī)編程，工作量小，過程簡(jiǎn)單易于上手。其中 MFC 已經(jīng)成為被廣泛采用的上位機(jī)編程工具。 Visual C++ 不光是一個(gè) C++語言編譯器，還是一個(gè) Windows 系統(tǒng)下的可視化軟件集成開發(fā)環(huán)境。 Microsoft Visual C++ 集成開發(fā)環(huán)境 Microsoft Visual C++ 簡(jiǎn)稱 VC，又被稱作 ，是美國 Microsoft 公司出品的一款 C++編譯器。制作的印刷電路板最高可以達(dá)到32 層信號(hào)層， 16 層電源 地層和 16 層機(jī)加工層。 Protel99se 集成開發(fā)環(huán)境 Protel99se 是一款得到廣泛使用的、用于印刷電路板（ PCB）設(shè)計(jì)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ EDA）軟件。采用 C 語言編寫軟件系統(tǒng)，直觀易理解，便于移植調(diào)試分析。 Keil 對(duì)操作系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換 液晶顯示屏 微控制器 聲光報(bào)警 按鍵輸入 無線發(fā)送 酒精傳感器 被測(cè)氣體 上位機(jī)監(jiān)控 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 5 頁 共 41 頁 計(jì)算機(jī)要求很低，適宜在各種計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。 Keil Uvision4 可以說是最好的 51 單片機(jī)集成開發(fā)系統(tǒng)，能同時(shí)兼容 C 語言和匯編語言的單片機(jī)開發(fā)。系統(tǒng)總體框架如圖 所示。最后將當(dāng)前濃度值和報(bào)警閾值通過無線模塊發(fā)送到上位機(jī)。 首先，外界合適的酒精氣敏傳感器將外界的含酒精被測(cè)氣體檢測(cè)后，輸出對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁 共 41 頁 2 系統(tǒng)的功能及整體設(shè)計(jì)方案 2． 1 整體設(shè)計(jì)方案 一般地 ， 一個(gè)酒 精檢測(cè) 裝置 應(yīng)具有以下功能： （ 1）選用合適的微控制器實(shí)現(xiàn)酒精檢測(cè)功能； （ 2）采用液晶屏顯示酒精濃度和報(bào)警閾值； （ 3）選用報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)濃度超過閾值時(shí)的報(bào)警。 第五章說明了印刷電路板設(shè)計(jì)。 第三章說明了整個(gè)系統(tǒng)中的硬件電路設(shè)計(jì)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 3 頁 共 41 頁 第一章 為引言。 為此， 本文設(shè)計(jì) 了 一款以半導(dǎo)體型酒精傳感器和微控制器為核心的簡(jiǎn)易酒精檢測(cè)儀。半導(dǎo)體型具備敏捷的響應(yīng)恢復(fù)特性和良好的靈敏度，并且只對(duì)酒精蒸汽敏感，不受煙氣、霧霾顆粒等非酒精蒸汽的干擾，耗能很低、壽命長(zhǎng)久。其材料成本也很高，造成其價(jià)格昂貴，一般只是在交警執(zhí)法檢查酒駕時(shí)使用，難以大規(guī)模在社會(huì)上推廣使用。但是其缺點(diǎn)也很明顯 。 由于有成本和實(shí)際應(yīng)用方便等因素要考慮，現(xiàn)在使用最廣泛的還是燃料電池型（電化學(xué)）。被測(cè)氣體中該種特定敏感氣體濃度越高，其電阻值就會(huì)越低。半導(dǎo)體 氧化物傳感器便是通過此現(xiàn)象測(cè)量某種特定氣體的濃度。當(dāng)某種 N 型半 導(dǎo)體氧化物暴露在大氣當(dāng)中時(shí)，它就會(huì)吸附氧氣分子，其內(nèi)部載流電子的數(shù)量就會(huì)變少，其電阻就會(huì)變大。 這兩種儀器價(jià)格昂貴， 實(shí)際應(yīng)用很不方便 。但是這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不方便，未得到廣泛使用。 ? 紅外線型 研究證明，人體皮膚對(duì)紅外線的吸收量是和人體內(nèi)酒精濃度密切相關(guān)的。這樣就產(chǎn)生了和氣體中酒精濃度成正比的電壓。 酒精檢測(cè)儀按原理的不同主要有以下幾類。肺部深處的氣體酒精濃度大概是血液中酒精濃度的 2200 倍。實(shí)際中最常用的辦法是測(cè)量人呼出氣體中的酒精濃度。 1． 2 研究現(xiàn)狀及前景 確定人體酒精濃度最準(zhǔn)確的方法是直接測(cè)量血液中的酒精濃度。開發(fā)簡(jiǎn)單方便、便宜易用酒精檢測(cè)儀就成為了亟待解決的問題。 因此，如何有效的遏制酒駕的發(fā)生具有重要的意義。相關(guān)資料指出，全世界每年因車禍殞命的人數(shù)就高達(dá) 60 萬，留下永久性殘疾者更是在400 萬以上。酒駕造成的交通事故的再三發(fā)生給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來了難以估 量的威脅和損失。倘如再高，人就會(huì)有生命危險(xiǎn)?？梢灶A(yù)見，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，國內(nèi)人均飲酒量會(huì)逐漸變得更高。于是酒精檢測(cè)課題正越來越引起人們的重視，在當(dāng)前社 會(huì)的背景下有重要意義。酒后駕車造成的交通事故也變得越來越頻繁。s alcohol concentration before their can also be used to monitor the concentration of alcohol in the air. Keywords electronic information sensor work alcohol sensor detect alarm 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）