【正文】 復(fù)位電路。一般的上電復(fù)位是對(duì)外部復(fù)位電路中的電容充電，只要 VCC 的上升時(shí)間小于 1ms，就能實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位。電源接 VCC(5v)，電源用 10uF 電容濾波，電阻 R7 取 220 歐保護(hù)引腳， R8 取 10K，按鍵采用微動(dòng)開關(guān)。 完成的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖 所示。本系統(tǒng)的傳感器采用 MQ3氣敏酒精傳感器。響應(yīng)復(fù)原極速、可靠性好壽命長(zhǎng)，電路簡(jiǎn)易。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)。 圖 MQ3 引腳圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 9 頁(yè) 共 41 頁(yè) MQ3 測(cè)量回路如圖 所示。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。其中 Ro 是 20℃， 33%RH 條件下， 200ppm 的酒精氣體中元件電阻值， Rs 是不同溫濕度下， 200ppm 的酒精氣體中氣敏元件電阻值。 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(duì)加熱電絲供電使其發(fā)熱，進(jìn)而對(duì)敏感氣體進(jìn)行加熱。將電極 A 連到電源正極，電極 B 通過(guò)電阻連到電源地。這樣就實(shí)現(xiàn)了模擬電壓信號(hào)的輸出。 STC12C5A60S2 單片機(jī)內(nèi)部集成高速逐次逼近式 ADC，其 P1 口可以設(shè)置為引腳第二功能作為 AD 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入引腳，其 AD 轉(zhuǎn)換的參考電壓為單片機(jī)電源電壓 VCC。 AD 轉(zhuǎn)換電路如圖 所示。它是一種能顯示英文字母、數(shù)字等符號(hào)的液晶屏模塊。一般為 14 針或 16 針， 16 針的多余 2 根是背光線。 圖 LCD1602 外形圖 其引腳介紹如下。 VDD,5V 正電源。對(duì)比度過(guò)高可能會(huì)產(chǎn)生鬼影，建議接一個(gè) 10K 的電位器。 RW 為讀寫控制線，高電平時(shí)為讀，低電平時(shí)進(jìn)行寫。當(dāng) E 腳由 5v 下降成 0v 時(shí)，液晶屏執(zhí)行指令。 LCD1602 有如下特點(diǎn)。 當(dāng) LCD1602 要顯示某一個(gè)字符時(shí)，可以直接找到字符對(duì)應(yīng)的 ASII 碼，便可以方便的直接顯示出來(lái)，無(wú)需再為字模困擾。 圖 LCD1602 顯示電路 如圖 11， LCD1602 的 8 位數(shù)據(jù)線和單片機(jī)的 P0 I/O 口按順序相連， V0 端接一電位器調(diào)對(duì)比度， RS、 RW、 E 三條控制線分別接單片機(jī)的 P2^0、 P2^ P2^2 三個(gè)引腳。其中一個(gè)按鍵為上調(diào)閾值，一個(gè)按鍵為下調(diào)閾值。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 13 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 按鍵電路 如電路所示，兩個(gè)按鍵分別接單片機(jī)的 P2^5 腳和 P2^6 腳。 當(dāng)按鍵未被按下時(shí)，單片機(jī)兩個(gè)引腳通過(guò) R5 和 R6 被上拉至 VCC，引腳獲得一個(gè)高電平。通過(guò)檢測(cè)這個(gè)低電平，就能夠了解按鍵是否按下，單片機(jī)就可以做出相應(yīng)的處理。 3． 5 聲光報(bào)警模塊的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)設(shè)置兩級(jí)報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)到的濃度值高于醉酒閾值時(shí)，第二個(gè) LED 燈同時(shí)被點(diǎn)亮，同時(shí)蜂鳴器鳴響。 圖 聲光報(bào)警電路 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 14 頁(yè) 共 41 頁(yè) 如電路所示，報(bào)警的 LED 發(fā)光二極管采用灌電流驅(qū)動(dòng)方式， STC12C5A60S2 的灌電流可達(dá) 20mA。當(dāng)引腳輸出低電平時(shí) ,LED 二極管亮。蜂鳴器的輸入腳為單片機(jī)的 P2^7 腳。 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。 Rb1 為限流電阻，可取值 560 歐或 1k。本系統(tǒng)采用NRF24L01 無(wú)線模塊作為無(wú)線收發(fā)模塊。NRF24L01 無(wú)線模塊具有如下特點(diǎn)。 ? 最高工作速率為 2Mbps，抗干擾能力強(qiáng)。內(nèi)部集成硬件 CRC 錯(cuò)檢和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊控制。 ? 模塊可軟件設(shè)地址，可直接連接各類單片機(jī)使用，可采用中斷通知單片機(jī)。內(nèi)置特定穩(wěn)壓電路，使用各種電源均有良好的通訊效果。 NRF24L01 模塊電路圖如圖 所示。引腳如下。電源，一般使用 電壓。電源地。 SPI 協(xié)議的四根引腳。其余兩根引腳為數(shù)據(jù)輸入和輸出引腳。 IRQ，中斷引腳，無(wú)線模塊在完成發(fā)送或接收后將此引腳電平置低來(lái)通知單片機(jī)，通常接單片機(jī)的中斷輸入引腳。必須警惕的是，此模塊的推薦工作電壓為 ，不能直接連 5v 單片機(jī)，不然會(huì)燒毀模塊。 NRF24L01 無(wú)線模塊與單片機(jī)的連線電路如圖 所示。單片機(jī)用軟件模擬 SPI 協(xié)議。接收端的單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，這里采用了 CP2102， USB 轉(zhuǎn)串口模塊。 CP2102 模塊具有如下特點(diǎn)。內(nèi)含 USB 收 發(fā)器、時(shí)鐘電路，無(wú)需外界電路器。 ? 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(yàn)位的串行數(shù)據(jù)。 本系統(tǒng)的采用由 CP210單片機(jī)和 NRF24L01 組成的模塊作為數(shù)據(jù)接收端。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 17 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 數(shù)據(jù)接收端電路圖 3． 7 電源模塊的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用電池供電。 18650 一般是指電池直徑為 18 毫米、長(zhǎng)度為 65 毫米的電池，其電壓一般為，容量最大可做到 3400mAh，可滿足本系統(tǒng)使用。其中單片機(jī)、液晶屏、聲光報(bào)警裝置等需要 5v電壓，而 NRF24L01 需要 電壓供電。因此，這里需要合適的電壓轉(zhuǎn)換芯片來(lái)供電。其內(nèi)部還集成過(guò)熱和過(guò)流保護(hù)電路，可作為電池供電設(shè)備的 一個(gè)良好選擇。 參數(shù)如下。 C 到 +120176。輸入電壓最高 12v；輸出電流可達(dá) 1A；輸出電壓 ； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 18 頁(yè) 共 41 頁(yè) 輸入電壓最低 。 C 到 +125176。 圖 電源電路 根據(jù)芯片的規(guī)格書說(shuō)明， AMS1117 的輸入和輸出端都需要加 10uf 電容濾除雜波。 BT1 和 BT2 為兩節(jié) 18650 電池，VCC 為 5v 電壓輸出， 為 電壓輸出。兩個(gè)電壓都能提供足夠電流。 3． 8 印刷電路板的設(shè)計(jì) 印刷電路板設(shè)計(jì)前首先要設(shè)計(jì)電路原理圖。設(shè)計(jì)原理圖時(shí)可能要根據(jù)需求個(gè)人設(shè)計(jì)元件庫(kù)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 19 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 整體硬件原理圖 設(shè)計(jì)好原理圖后，并且元件封裝等都檢查無(wú)誤后就可以生成網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入 PCB 文件進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)了。電磁兼容、散熱等各種因素都是要設(shè)計(jì)時(shí)權(quán)衡的。 電子元器件的布局主要注意以下 幾點(diǎn)。 ? 熱敏元件要與發(fā)熱元件分開，高頻元器件的連線應(yīng)盡量短。 ? 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。 布線是 PCB 設(shè)計(jì)工作中的重中之重，要考慮的因素非常多，關(guān)系到整個(gè)板子的成敗。 ? 當(dāng)輸入輸出端 是高速信號(hào)時(shí)，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。 ? 印制導(dǎo)線拐角處通常取鈍角，如果取直角或銳角會(huì)對(duì)電氣性能有不良影響。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。 圖 PCB 布局布線完成后圖 完成后的 PCB 大概為 50mm*70mm 大小。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 21 頁(yè) 共 41 頁(yè) 4 軟件設(shè)計(jì) 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(wú)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(bào)警程序。 圖 整體軟件流程圖 首先加電開機(jī)，先是單片機(jī)初始化，設(shè)定引腳狀態(tài)，對(duì)特殊功能寄存器進(jìn)行賦值，其次初始化 LCD 屏幕，再初始化無(wú)線模塊。緊接著讀取單片機(jī)內(nèi)部 EEPROM 保存好的醉酒閾值。最后報(bào)警檢測(cè)后無(wú)線發(fā)送閾值和濃度數(shù)據(jù)。接下來(lái)就是又開始AD 轉(zhuǎn)換，進(jìn)入下一個(gè)主循環(huán)，周而復(fù)始。如此就完成了整個(gè)系統(tǒng)所需的功能。 AD 轉(zhuǎn)換（計(jì)算濃度） 開始 加電開機(jī) 單片機(jī)初始化 閾值調(diào)節(jié)（按鍵檢測(cè)） 液晶屏初始化 顯示歡迎界面 無(wú)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(bào)警檢測(cè) 無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 22 頁(yè) 共 41 頁(yè) 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(dòng)轉(zhuǎn)換，再采用查詢法等待 AD 轉(zhuǎn)換完成。在主循環(huán)里循環(huán)執(zhí)行此程序，做到傳感器輸出電壓的實(shí)時(shí) AD 轉(zhuǎn)換。 圖 顯示模塊流程 首先初始化液晶屏，設(shè)定液晶屏為 5X7 點(diǎn)陣顯示、不顯示光標(biāo)、開顯示。最后進(jìn)入主循環(huán)，循環(huán)執(zhí)行此程序，根據(jù)實(shí)時(shí)濃度和閾值的不同，實(shí)時(shí)更新屏幕上顯示的數(shù)據(jù)。 AD 初始化 啟動(dòng) 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(jì)說(shuō)明書（論文） 第 23 頁(yè) 共 41 頁(yè) 4． 4 無(wú)線收發(fā)子程序的設(shè)計(jì) 無(wú)線模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送端軟件流程圖如圖 所示。最后在主循環(huán)里循環(huán)執(zhí)行此程序，隨著實(shí)時(shí)濃度和閾值的不同，幾乎實(shí)時(shí)裝載數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，使接收端收到。 圖 無(wú)線數(shù)據(jù)接收端流程圖 首先初始化無(wú)線接收端 NRF24L01，設(shè)定好本機(jī)地址，要接收的數(shù)據(jù)包大小、通信Y N 無(wú)線模塊初始化 進(jìn)入接收模式 讀數(shù)據(jù)、發(fā)到上位機(jī) 開始 等待 上位機(jī)繪制曲線 收到數(shù)據(jù)包？ 無(wú)線模塊初始化 進(jìn)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(jì)說(shuō)明書（論文） 第 24 頁(yè) 共 41 頁(yè) 頻率等，然后等待接收到數(shù)據(jù)包。 4． 5 鍵盤掃描子程序的設(shè)計(jì) 按鍵采用查詢法進(jìn)行輸入，在主循環(huán)里每次循環(huán)完成一次對(duì)按鍵狀態(tài)的查詢輸入。鍵盤掃描流程圖如圖 所示。當(dāng)此低電平保持 10ms 以上時(shí)，單片機(jī)就認(rèn)為對(duì)應(yīng)按鍵確實(shí)被按下，就會(huì)按相應(yīng)按鍵來(lái)調(diào)節(jié)閾值，實(shí)現(xiàn)閾值上調(diào)或下調(diào)。 4． 6 閾值保存讀取子程序的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)使用 STC12C5A60S2 內(nèi)部的容量為 1KB 的 EEPROM 儲(chǔ)存醉酒閾值，實(shí)現(xiàn)掉電存儲(chǔ)閾值的功能。 Y N 等待 10ms 按對(duì)應(yīng)按鍵調(diào)閾值 開始 返回 某按鍵按下？ 某按鍵按下？ N Y 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 25 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 閾值讀取流程圖 閾值保存的流程圖如圖 所示。因?yàn)?STC12C5A60S2 內(nèi)部 EEPROM 只能完成送‘ 1’到‘ 0’的編程，不能反向編程。同樣的，在主循環(huán)里循環(huán)執(zhí)行此程序，不斷保存閾值防止丟失數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)到的濃度值大于酒后閾值時(shí)，一個(gè)指示燈亮；當(dāng)濃度值大于醉酒閾值時(shí)，兩個(gè)指示燈同時(shí)亮，同時(shí)蜂鳴器鳴響報(bào)警。聲光報(bào)警子程序流程圖如圖 所示。 4． 8 上位機(jī)程序的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中，接收端的無(wú)線模塊收到數(shù)據(jù)包后，中斷提示接收端的單片機(jī)把數(shù)據(jù)包讀出，然后單片機(jī)將數(shù)據(jù)包通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)程序選用 Visual C++ 的 MFC（微軟基礎(chǔ)類庫(kù)）設(shè)計(jì)。 ? Microsoft Communications Control 控件。它提供了標(biāo)準(zhǔn)通訊命令的接口。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(jiǎn)化了。 ? TeeChart5 控件。它不僅能用來(lái)繪制多達(dá)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(jì)功能，再加上幾十種調(diào)色板組件，可謂最厲害的圖表控件。但是 VC 中沒(méi)有自帶此控件 ，Y N 點(diǎn)亮酒后指示燈 點(diǎn)亮醉酒指示燈，蜂鳴器響 開始 返回 濃度大于醉酒閾值？ 濃度大于酒后閾值？ N Y 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 27 頁(yè) 共 41 頁(yè) 需要另外下載并在系統(tǒng)中注冊(cè)即可使用。 圖 上位機(jī)軟件流程圖 上位機(jī)軟件中，首先設(shè)計(jì)軟件界面。當(dāng)串口有數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，控件讀出消息，經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后在 TeeChart控件上把相應(yīng)的點(diǎn)繪制出來(lái)，同時(shí)曲線右移一個(gè)點(diǎn)。這里繪制了兩條曲線，一條是酒精濃度值的曲線，一條是報(bào)警閾值的曲線。 Y 初始化 TeeChart 控件 讀出數(shù)據(jù) 開始 在曲線上繪制一個(gè)點(diǎn) 串口有數(shù)據(jù)接收到？ N 初始化 MSComm 控件 等待 曲線左移一個(gè)點(diǎn) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 28 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 上位機(jī)軟件界面圖 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 5． 1 電路焊接及酒精測(cè)試 打樣 好的 PCB 板如圖 所示。 將 Keil 編譯好程序后生成的 HEX 文件下載到單片機(jī)里，再將電池