【正文】 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)的酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)，采用燃料電池型酒精傳感器，通過(guò)該酒精傳感器檢測(cè)駕駛員呼出氣體的酒精含量，判斷是否超過(guò)安全駕駛標(biāo)準(zhǔn)，而且要求通過(guò)硬件系統(tǒng)處理，能夠顯示該酒精濃度，使駕駛員能夠清楚的看到已經(jīng)飲酒過(guò)度，所以需要選擇一種顯示儀器來(lái)顯示駕駛員呼出氣體酒精濃度值，基于這種要求，本次設(shè)計(jì)選用LCD顯示模塊。該智能閉鎖系統(tǒng)的最主要功能是為了當(dāng)檢測(cè)到司機(jī)呼出氣體內(nèi)酒精濃度超標(biāo)時(shí)，能夠自動(dòng)切斷汽車(chē)引擎電源，所以需要一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠自動(dòng)的切斷汽車(chē)引擎電源，本次設(shè)計(jì)選用繼電器來(lái)達(dá)到這個(gè)目的，通過(guò)繼電器的動(dòng)作來(lái)控制汽車(chē)引擎電源是否開(kāi)啟。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)基于以上的構(gòu)思，設(shè)計(jì)了智能酒駕檢測(cè)系統(tǒng)框圖，如下圖21所示：STC89C52 單片機(jī)按鍵電路AD7705采樣電路LCD1602顯示電路繼電器模塊MQ3傳感器聲光報(bào)警電路 圖21系統(tǒng)硬件原理框圖下面對(duì)該系統(tǒng)做下簡(jiǎn)單的介紹：本系統(tǒng)主要由電源模塊、酒精傳感器、stc89系列單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊AD770LCD1602顯示模塊、報(bào)警模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)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(hào)，經(jīng)過(guò)AD7705模數(shù)轉(zhuǎn)換和STC89C52單片機(jī)處理，當(dāng)檢測(cè)到酒精濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，能夠通過(guò)LCD顯示傳感器的輸出酒精濃度，汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)。方案一：采用AT89S51作為主控芯片。其具有成本低、功耗低和使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但其FLASHROM相對(duì)比較小而且運(yùn)算速度低。同時(shí)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備要求低，寫(xiě)入單片機(jī)的程序可以進(jìn)行加密，對(duì)我們的勞動(dòng)成果有了保證。而STC12C5A60S2運(yùn)算速度快、FLASH內(nèi)存大、抗干擾性強(qiáng)，但價(jià)格相對(duì)較高，不適合作為本系統(tǒng)的主控芯片。 燃料電池型酒精傳感器擁有穩(wěn)定性好、精度高、抗干擾性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是由于其屬于電化學(xué)類(lèi)型且礙于此酒精傳感器的結(jié)構(gòu)要求，目前只有美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠生產(chǎn)，于是目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體型酒精傳感器使用較為普遍，因?yàn)樗闹饕獌?yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，同類(lèi)型的半導(dǎo)體型價(jià)格只是燃料電池型的幾分之一，雖然它的性能要差于燃料電池，但是基于本次設(shè)計(jì)要求和使用環(huán)境我們不需要達(dá)到特別高的精度，于是從成本等方面的考慮，本次課題選用半導(dǎo)體型酒精傳感器MQ3。由于它是一個(gè)并行輸入結(jié)構(gòu)，它占用了更多主控芯片的端口資源，同時(shí)分辨率相對(duì)較低。本次模數(shù)轉(zhuǎn)換選用AD7705芯片，雖然在精度和速度上相對(duì)于其他芯片相對(duì)較高，價(jià)格便宜，所以最終選擇案二AD7705。LCD12864由DDRAM（顯示數(shù)據(jù)ＲＡＭ），CGROM（字型產(chǎn)生ROM）和CGRAM(自定義字型產(chǎn)生RAM)和GDRAM（繪圖ＲＡＭ）等組成，實(shí)現(xiàn)顯示字符和圖形功能。方案二：采用LCD1602液晶作為顯示屏。由于該系統(tǒng)需顯示的數(shù)據(jù)較少，所以方案方案一中運(yùn)用LCD12864雖然顯示效果好，但是浪費(fèi)資源，耗能較大，而且編程難道較大，占用CPU時(shí)序較多，采用LCD1602顯示時(shí)可以達(dá)到同樣的顯示效果，不僅占用CPU時(shí)序少，而且編程簡(jiǎn)易。基于本次設(shè)計(jì)需要選用固態(tài)繼電器，它的輸入端連接單片機(jī)，輸出端連接汽車(chē)供電系統(tǒng)，它采用類(lèi)似于開(kāi)關(guān)的中間隔離器件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。系統(tǒng)電路架構(gòu)電路設(shè)計(jì)框圖如圖31所示。STC89C52片內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大電路，它有兩個(gè)端口，輸入端引腳是XTAL1，輸出端引腳是XTAL2，因?yàn)閱纹瑱C(jī)需要有用的時(shí)鐘信號(hào)，所以該反相放大電路利用外接的石英晶振和電容，構(gòu)成了穩(wěn)定的自激震蕩電路，它產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部的二分頻后直接被送入了單片機(jī)內(nèi)部。圖32晶振電路此次設(shè)計(jì)采用的是通過(guò)電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的高電平，它實(shí)現(xiàn)高電平復(fù)位的功能只需要電容充電的時(shí)間不超過(guò)1ms就可以。電路圖如34所示。圖35聲光報(bào)警電路下應(yīng)用電路中，采用 80C51 控制AD7705，對(duì)橋式傳感信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 AD7705 的CS 接到低電平。能直接將傳感器測(cè)量到的多路微小信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。AD7705 是完整的 16 位AD轉(zhuǎn)換器。它采用了ΣΔ技術(shù)，可以獲得 16 位無(wú)誤碼數(shù)據(jù)輸出。下面對(duì)該器件幾個(gè)重要部分和特性作簡(jiǎn)要說(shuō)明。片內(nèi)的增益可編程放大器 PGA之一，能將不同擺幅范圍的各類(lèi)輸入信號(hào)放大到接AD轉(zhuǎn)換器的滿標(biāo)度電壓再進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，這樣有利范圍的雙極性信號(hào)。圖36 AD7705電路圖 MQ3氣體傳感器MQ3氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ3氣體傳感器對(duì)酒精的靈敏度高，可以抵抗汽油、煙霧、水蒸氣的干擾。模塊特點(diǎn)：（1）具有信號(hào)輸出指示；（2）雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）；（3）TTL輸出有效信號(hào)為低電平,可直接接單片機(jī) ； 應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)藛T及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，也用于其他場(chǎng)所乙醇蒸汽的檢測(cè),探測(cè)酒精范圍。 輸入電壓：DC5V DO輸出：TTL數(shù)字量0和1（）當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在酒精蒸汽時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中酒精氣體濃度的增加而增大。這種傳感器可檢測(cè)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。圖37所示MQ3酒精傳感器 LCD1602顯示電路字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖38所示。第2腳：VDD接5V正電源。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。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7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第16腳：背光源負(fù)極。輸出：D0—D7為狀態(tài)字。輸出：D0—D7為數(shù)據(jù)。輸出：無(wú)。輸出：無(wú)。圖39讀操作時(shí)序圖圖310寫(xiě)操作時(shí)序圖 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)繼電器(Relay)，也稱(chēng)電驛，是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。當(dāng)檢測(cè)到人體內(nèi)血液濃度超過(guò)標(biāo)定值時(shí)，如果駕駛員有意向開(kāi)啟汽車(chē)鑰匙（電路里面用按鈕表示），那么酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作（），切斷汽車(chē)引擎電源，從而使汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)，從而有效的防止駕駛員酒后駕車(chē),繼電器為雙刀雙擲HRS2HSDC5V小功率電磁繼電器，額定電壓3V～24V,額定電力消耗200mW～360mW。 系統(tǒng)總體硬件電路圖311系統(tǒng)總體硬件電路圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)N開(kāi)始液晶初始化采集酒精濃度檢測(cè)濃度是否 高于設(shè)置濃度 啟動(dòng)汽車(chē)顯示酒精濃度按鍵1是否按下檢測(cè)濃度是否 低于設(shè)置濃度設(shè)置報(bào)警濃度聲光報(bào)警YYNN Y Y Y 41主程序流程圖 軟件對(duì)經(jīng)過(guò)酒精傳感器的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,將測(cè)量數(shù)值與按鍵電路設(shè)定的警戒值進(jìn)行比較后判斷是否醉駕,然后調(diào)用相應(yīng)的顯示、報(bào)警以及驅(qū)動(dòng)程序。系統(tǒng)初始化后，經(jīng)過(guò)大約20s預(yù)熱的酒精傳感器MQ3開(kāi)始對(duì)酒精氣體進(jìn)行采集，由于MQ3的兩個(gè)電極端間有氣敏電阻，所以當(dāng)檢測(cè)到有酒精氣味時(shí)，MQ3的兩個(gè)電極端AB之間的電阻阻值將會(huì)變小，流經(jīng)電壓值也將會(huì)變小，而與之對(duì)應(yīng)的氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大，從而產(chǎn)生模擬電壓信號(hào)，此時(shí)的信號(hào)十分微弱，無(wú)法被模數(shù)轉(zhuǎn)換器識(shí)別讀入，所以需經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路將其進(jìn)行放大，以利于模數(shù)轉(zhuǎn)換。因?yàn)閱纹瑱C(jī)有非常豐富的I/O口，所以可以采用查詢方式來(lái)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束進(jìn)行檢測(cè)，繼續(xù)等待，可以開(kāi)始讀取經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換由模擬信號(hào)變成的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)了。讀取后的數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中，因?yàn)槲覀兿鄳?yīng)得到的結(jié)果是確定的數(shù)值，所以經(jīng)過(guò)單片機(jī)作相應(yīng)的處理后，最開(kāi)始的電壓值便會(huì)轉(zhuǎn)換為酒精濃度值，然后經(jīng)過(guò)顯示系統(tǒng)在LCD1602顯示屏上得到顯示。5 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)需要在特定的編譯器中進(jìn)行。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。 Proteus就是一款功能強(qiáng)大的EDA仿真軟件。本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為例具體分析了該軟件在仿真微處理器及其外設(shè)硬件方面的獨(dú)到之處，Proteus能有效的仿真51單片機(jī)及其常用外設(shè)硬件，大幅提高開(kāi)發(fā)效率和降低開(kāi)發(fā)成本。我國(guó)酒后駕駛現(xiàn)狀及影響分析[J].道理交通管理，2007，（04）：18.[9][J].江淮法治，2007（22）：50. 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[20]王文治，呂強(qiáng)中， 與 PIC 單片機(jī)指令系統(tǒng)比較[J].微處理機(jī)，2002（4）：38～40.致謝感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的老師，在整個(gè)論文工作期間，老師一直給予親切的關(guān)懷和悉心的指導(dǎo)。從最初的查找資料到電路設(shè)計(jì)，硬件連接，總是有著很多困難，老師和同學(xué)都寄予了全力的幫助，最終順利完成項(xiàng)目任務(wù)。 最后，我深深地感謝我的家人，在生活的各個(gè)方面給予了我極大的支持，未來(lái)的路，我會(huì)一直努力走下去。sbit car_led=P1^7。 //繼電器、汽車(chē)sbit led=P1^6。 //汽車(chē)開(kāi)關(guān)鍵sbit key2=P2^7。static void TM7705_Demo(void)。void baojing(void)。uchar num。float volt1,volt。 //液晶初始化 LCD_Write_String(0,0,Alcohol: mg/l)。 diaplay_int10(er,12,jiujing_shezhi)。 }}static void TM7705_Demo(void){ uint16_t adc1, adc2。 /* 初始化配置TM7705 */ TM7705_CalibSelf(1)。執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)，約180ms */ adc1 = TM7705_ReadAdc(1)。 /* 執(zhí)行時(shí)間 80ms */ adc2 = TM7705_ReadAdc(2)。 /* 執(zhí)行時(shí)間 20ms (50Hz速率刷新時(shí)） */ adc2 = 0。 //采集到的電壓 volt= volt1/1000。 //轉(zhuǎn)換成為濃度 diplay_ad()。 keyscan()。 }}void diplay_ad(){ uint qian,bai,ge,shi。 bai=jiujing%1000/100。 ge =jiujing%10。 write_1602dat(0x30+qian)。 write_1602dat(0x30+shi)。}void baojing(){ if(jiujingjiujing_shezhi) { flag=0。 beep=1。 led=1。 delayms(300)。beep=1。}}void keyscan(void){ if(flag==1) //濃度不高于報(bào)警濃度 { if(key1==0) { delayms(5)。 car_falg=~car_falg。 car=0。car=1。 if(key2==0) { while(!key2)。 if(jiujing_shezhi100) jiujing_shezhi=0。 } } }1602. c文件include include /******************液晶寫(xiě)入指令函數(shù)************************/void write_1602(uchar )//液