1、 PAGE43 / NUMPAGES49摘要隨著社會(huì)的發(fā)展，從工廠企業(yè)到居民家庭，酒精泄露的檢測(cè)、監(jiān)控以與對(duì)酒后駕車的監(jiān)測(cè)對(duì)居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全都是十分重要且必不可少的。同時(shí)，隨著人民生活水平的迅速提高，越來(lái)越多的人有了自己的私家車，而酒后駕車造成的交通事故也頻繁發(fā)生，為此，我國(guó)將酒駕列入刑法圍。由于人們的安全意識(shí)增強(qiáng)，以與對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求的提高,為了防止機(jī)動(dòng)車輛駕駛?cè)藛T酒后駕車，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)對(duì)人體呼氣中酒精含量的檢測(cè)已日益受到重視，酒精濃度測(cè)試儀逐漸得到廣泛應(yīng)用。此外，酒精測(cè)試儀也可應(yīng)用于食品加工、釀酒等需要監(jiān)控空氣中酒精濃度的場(chǎng)合。如今，氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向的發(fā)展

2、，因此，酒精濃度檢測(cè)儀具有十分廣闊的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)和潛在的市場(chǎng)要求。 本文研究設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的酒精濃度測(cè)試儀。它采用MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器對(duì)酒精濃度進(jìn)行檢測(cè)，利用單片機(jī)STC12C5A16AD對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和處理，再通過(guò)液晶屏對(duì)信號(hào)進(jìn)行輸出顯示。此酒精濃度測(cè)試儀還具有醉酒閾值設(shè)定功能，可以根據(jù)法律法規(guī)或用戶需要設(shè)定修改醉酒閾值，當(dāng)乙醇濃度超過(guò)設(shè)定的閾值，系統(tǒng)就會(huì)使紅燈閃爍進(jìn)行報(bào)警。關(guān)鍵詞: MQ-3氣體傳感器；單片機(jī)；模數(shù)轉(zhuǎn)換；液晶顯示；可擦除只讀存儲(chǔ)器ABSTRACTWith the development of society, from the factories and ent

3、erprises to households, the alcohol leak detection,monitoring, and monitoring of drunk driving is very important and essential to personal and property safety of the residents. Meanwhile, with the rapid improvement of peoples living standard, more and more people have their own private car, and traf

4、fic accidents occur by drunk driving also frequently, to this end, the wine driving are included in the criminal law in China. As the peoples security consciousness enhancement and the people to the environment safety and life comfort requirements increase , in order to prevent the motor vehicle dri

5、vers drunk driving, detection of human breath alcohol content on the spot has received increasing attention, alcohol concentration tester is gradually widely used. In addition, alcohol tester can also be used in food processing, brewing and other occasions who need to monitor the alcohol concentrati

6、on in the air. Today, the development of the gas sensor to the low-power, multi-functional, integrated direction, therefore, the alcohol concentration detector has a very broad market and potential of the market requirements.I design a alcohol concentration tester based on MCU in this paper. It uses

7、 the MQ-3 ethanol gas sensor to detect the alcohol concentration, and analog to digital conversion and processing of signal detection with the microcontroller STC12C5A16AD, through the LCD screen display the signal. The alcohol concentration tester also has drunken threshold setting function, we can

8、 according to the laws and regulations or the user needs to modify the drunken threshold setting , when the ethanol concentration exceeds a set threshold, the system will make the red light flashes.Keywords:MQ-3 gas sensor;Microcomputer;A/D conversion;LCD;EEPROM目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc24041

9、1 緒論 PAGEREF _Toc24041 1 HYPERLINK l _Toc23930 1.1 設(shè)計(jì)背景 PAGEREF _Toc23930 1 HYPERLINK l _Toc14797 1.2 氣體傳感器國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc14797 2 HYPERLINK l _Toc23221 1.2.1 氣體傳感器在國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc23221 2 HYPERLINK l _Toc16778 1.2.2 氣體傳感器在國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc16778 2 HYPERLINK l _Toc11988 1.2.3 氣體傳感器國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r對(duì)比 PAG

10、EREF _Toc11988 3 HYPERLINK l _Toc17994 1.3 酒精濃度測(cè)試儀現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc17994 3 HYPERLINK l _Toc21468 1.3.1 目前酒精濃度測(cè)試儀普遍缺點(diǎn) PAGEREF _Toc21468 3 HYPERLINK l _Toc6518 1.3.2 酒精測(cè)試儀的應(yīng)用 PAGEREF _Toc6518 4 HYPERLINK l _Toc32549 1.4 設(shè)計(jì)酒精濃度測(cè)試儀的意義 PAGEREF _Toc32549 4 HYPERLINK l _Toc26197 2 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc

11、26197 5 HYPERLINK l _Toc29947 2.1 單片機(jī)開發(fā)流程 PAGEREF _Toc29947 5 HYPERLINK l _Toc5531 2.2 硬件系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc5531 5 HYPERLINK l _Toc17010 2.3 氣體傳感器 PAGEREF _Toc17010 6 HYPERLINK l _Toc29299 2.3.1 氣敏傳感器的分類 PAGEREF _Toc29299 6 HYPERLINK l _Toc22226 2.3.2 氣體傳感器的選擇 PAGEREF _Toc22226 7 HYPERLINK l _Toc17602

12、 2.3.3 氣體傳感器模塊電路 PAGEREF _Toc17602 10 HYPERLINK l _Toc310 2.4 單片機(jī)系統(tǒng) PAGEREF _Toc310 10 HYPERLINK l _Toc29377 2.4.1 STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc29377 11 HYPERLINK l _Toc15448 2.4.2 單片機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc15448 12 HYPERLINK l _Toc3100 2.4.3 單片機(jī)系統(tǒng)電路 PAGEREF _Toc3100 15 HYPERLINK l _Toc16807 2.5

13、晶振電路 PAGEREF _Toc16807 15 HYPERLINK l _Toc29486 2.5.1單片機(jī)晶振的應(yīng)用 PAGEREF _Toc29486 16 HYPERLINK l _Toc26132 2.5.2晶振模塊電路 PAGEREF _Toc26132 16 HYPERLINK l _Toc15646 2.6 LCD顯示電路 PAGEREF _Toc15646 16 HYPERLINK l _Toc5690 2.6.1液晶顯示模塊 PAGEREF _Toc5690 17 HYPERLINK l _Toc26600 2.6.2 液晶屏接口電路 PAGEREF _Toc26600

14、19 HYPERLINK l _Toc13515 2.7 閥值存儲(chǔ)系統(tǒng) PAGEREF _Toc13515 19 HYPERLINK l _Toc15759 2.7.1 I2C總線簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc15759 19 HYPERLINK l _Toc30057 2.7.2 AT24C04簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc30057 20 HYPERLINK l _Toc13844 2.7.3 EEPROM存儲(chǔ)電路 PAGEREF _Toc13844 22 HYPERLINK l _Toc24411 2.8供電與程序下載電路 PAGEREF _Toc24411 22 HYPERLINK l

15、 _Toc30176 3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc30176 23 HYPERLINK l _Toc16052 3.1 編程語(yǔ)言的選擇 PAGEREF _Toc16052 23 HYPERLINK l _Toc13506 3.2 軟件流程圖 PAGEREF _Toc13506 24 HYPERLINK l _Toc16359 3.3 閥值讀寫軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc16359 25 HYPERLINK l _Toc31163 3.3.1 SDA和SCL信號(hào) PAGEREF _Toc31163 25 HYPERLINK l _Toc4326 3.3.2 閥值的讀寫操作

16、PAGEREF _Toc4326 26 HYPERLINK l _Toc14880 3.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程圖 PAGEREF _Toc14880 27 HYPERLINK l _Toc31796 3.5 按鍵程序流程圖 PAGEREF _Toc31796 28 HYPERLINK l _Toc7902 3.6 液晶顯示程序流程圖 PAGEREF _Toc7902 28 HYPERLINK l _Toc21913 4 下載與調(diào)試 PAGEREF _Toc21913 30 HYPERLINK l _Toc2285 4.1 驅(qū)動(dòng)安裝 PAGEREF _Toc2285 30 HYPERLINK l _T

17、oc3411 4.2 下載程序 PAGEREF _Toc3411 30 HYPERLINK l _Toc30250 5 結(jié)論 PAGEREF _Toc30250 33 HYPERLINK l _Toc9724 6分析和總結(jié) PAGEREF _Toc9724 36 HYPERLINK l _Toc12849 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc12849 37 HYPERLINK l _Toc27265 附錄1：電路圖 PAGEREF _Toc27265 38 HYPERLINK l _Toc23287 附錄2：主程序 PAGEREF _Toc23287 39 HYPERLINK l _Toc27

18、860 致 PAGEREF _Toc27860 441 緒論 測(cè)試儀向更迅速更快捷發(fā)展，方便攜帶等要求發(fā)展。傳統(tǒng)的機(jī)械測(cè)試儀或酒精計(jì)一般靈敏度和準(zhǔn)確度也比較低或者檢測(cè)方法難，同時(shí)單片機(jī)既有通用計(jì)算機(jī)的基本部件，又不同于計(jì)算機(jī)。有體積小，實(shí)時(shí)快速的對(duì)外部事件做出響應(yīng)，迅速采集大量數(shù)據(jù)，做出邏輯判斷與推理后實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的參數(shù)調(diào)整與控制，且能滿足測(cè)試儀的設(shè)計(jì)要求，所以基于單片機(jī)的酒精濃度測(cè)試儀的開發(fā)有很大意義。1.1 設(shè)計(jì)背景傳感器是人類探知自然界信息的觸角。在人類文明的發(fā)展歷史中，感受處理外部信息的傳感技術(shù)一直扮演著一個(gè)重要的角色。在古代，傳感技術(shù)由人的感官來(lái)實(shí)現(xiàn)，人觀天象而仕農(nóng)耕，察火色而冶銅鐵

19、。從18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命以來(lái)，特別是在20世紀(jì)信息革命中，傳感技術(shù)越來(lái)越多的由人造感官，即傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，傳感器的應(yīng)用如此廣泛，可以說(shuō)任何機(jī)械電氣系統(tǒng)都離不開它。人們常常將傳感器稱之為電五官，這是說(shuō)如果將計(jì)算機(jī)比作人的大腦而稱為電腦的話，那么傳感器的地位和功能就相當(dāng)于人的眼，耳，鼻，舌，身五官。 近年來(lái)，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它將不僅促進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。由于氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，對(duì)氣體的檢測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少的手段，氣

20、體傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一類器件，用來(lái)對(duì)有害氣體，易燃易爆氣體等進(jìn)行安全檢測(cè)和報(bào)警，對(duì)生產(chǎn)生活中需要了解的氣體進(jìn)行檢測(cè)，分析，研究等。對(duì)氣體中酒精含量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備有五種基本類型，即：燃料電池型（電化學(xué)）、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型。但由于價(jià)格和使用方便的原因，常用的只有燃料電池型（電化學(xué)型）和半導(dǎo)體型兩種。燃料電池可以直接把可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)變成電能，而不產(chǎn)生污染，酒精傳感器只是燃料電池的一個(gè)分支。燃料電池酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室充滿特種催化劑，使進(jìn)入燃燒室的酒精充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽簿褪窃趦蓚€(gè)電極上產(chǎn)生

21、電壓，電能消耗在外接負(fù)載上，此電壓與進(jìn)入燃燒室氣體的酒精濃度成正比。與半導(dǎo)體型相比，燃料電池型呼氣酒精測(cè)試儀具有穩(wěn)定性好，精度高，抗干擾性好的優(yōu)點(diǎn)。但是由于燃料電池酒精傳感器的結(jié)構(gòu)要求非常精密，制造難度相當(dāng)大。從傳感器技術(shù)發(fā)展的角度看，根據(jù)使用傳感器原理的不同，常見的氣體檢測(cè)儀器儀表各自有適用氣體與應(yīng)用領(lǐng)域，新技術(shù)新產(chǎn)品正在成為未來(lái)氣體檢測(cè)儀器儀表的主流，現(xiàn)在的酒精濃度檢測(cè)儀都是采用可替代吹管，酒精儀從傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)或酒精計(jì)到現(xiàn)在的利用傳感器和單片機(jī)位核心技術(shù)的酒精濃度檢測(cè)儀式在技術(shù)上是一大突破，大大提高了檢測(cè)酒精的精確度。1.2 氣體傳感器國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)于氣體傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)：一是氣體傳

22、感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。1.2.1 氣體傳感器在國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。因此，國(guó)外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)猜測(cè)，美國(guó)1996年2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為（2730）%。目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡(jiǎn)化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。如日本費(fèi)加

23、羅公司推出了檢測(cè)（0.110）106硫化氫低功耗氣體傳感器，美國(guó)IST提供了壽命達(dá)10年以上的氣體傳感器，美國(guó)FirstAlert公司推出了生物模擬型（光化反應(yīng)型）低功耗CO氣體傳感器等。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。如美國(guó)GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉與的美國(guó)IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。1.2.2 氣體傳感器在國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀 氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國(guó)家列為重點(diǎn)支持發(fā)

24、展的情況下，國(guó)已有一定的基礎(chǔ)。其現(xiàn)狀是： （1）燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量90%以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品。 （2）在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以與制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動(dòng)結(jié)構(gòu)以與集成化陣列結(jié)構(gòu)；在氣敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生產(chǎn)氣敏元件，新研究開發(fā)的Al2O3氣敏材料、石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開始用于氣敏材料。 （3）低功耗氣敏元件（如一氧化碳，甲烷等氣敏元件）已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試。 （4）國(guó)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過(guò)“

25、九五”初期的400萬(wàn)支。產(chǎn)量超過(guò)20萬(wàn)支的主要廠家有5家，敏感集團(tuán)、電子廠、春光器材廠、費(fèi)加羅公司（合資）、電子管廠（特種電器廠），其中前四家都超過(guò)100萬(wàn)支，據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1998年全國(guó)氣敏元件總產(chǎn)量已超過(guò)600萬(wàn)支。1.2.3 氣體傳感器國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r對(duì)比總的看來(lái)，我國(guó)氣敏元件傳感器與其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年。早在1968年，半導(dǎo)體氣敏元件傳感器就在日本實(shí)現(xiàn)商品化。現(xiàn)今在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、日本、英國(guó)、德國(guó)已經(jīng)發(fā)展成品種規(guī)格齊全、技術(shù)綜合發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化、應(yīng)用技術(shù)

26、系統(tǒng)工程化。1.3 酒精濃度測(cè)試儀現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)根據(jù)使用傳感器原理的不同，常見的氣體檢測(cè)儀器儀表各自有適用氣體與應(yīng)用領(lǐng)域，新技術(shù)新產(chǎn)品正在成為未來(lái)氣體檢測(cè)儀器儀表的主流，如今的酒精濃度檢測(cè)儀都是采用可替代吹管，酒精儀從傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)或酒精計(jì)到現(xiàn)在的利用傳感器和單片機(jī)位核心技術(shù)的酒精濃度檢測(cè)儀式在技術(shù)上是一大突破，大大提高了檢測(cè)酒精的精確度，更能滿足市場(chǎng)的需求。1.3.1 目前酒精濃度測(cè)試儀普遍缺點(diǎn)但是當(dāng)前大部分一般的酒精濃度檢測(cè)儀價(jià)格較低的靈敏度并不是很強(qiáng)，準(zhǔn)確度高的一般售價(jià)也比較昂貴，并且大多只是對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)警、低報(bào)、高報(bào)三限報(bào)警點(diǎn)設(shè)置，所以在LED顯示酒精濃度數(shù)值上應(yīng)實(shí)現(xiàn)普與，得到準(zhǔn)確的濃

27、度數(shù)值。同時(shí)很多其他氣體會(huì)可能會(huì)對(duì)其影響，從而影響準(zhǔn)確度。所以在傳感器的腐蝕性以與排除其他干擾的能力值得提升。現(xiàn)在大多都是檢測(cè)氣體濃度或液體濃度的檢測(cè)，最好是能解決一個(gè)檢測(cè)儀同時(shí)檢測(cè)氣體和液體兩種不同狀態(tài)的酒精濃度。1.3.2 酒精測(cè)試儀的應(yīng)用目前英國(guó)政部已推出一種超級(jí)酒精呼吸檢測(cè)儀,能根據(jù)體溫、呼吸頻率等情況,當(dāng)場(chǎng)判斷出駕駛者體的酒精含量。奔馳、大眾、寶馬等廠家也研制出一些預(yù)防酒后駕車的車設(shè)備,其中包括“酒精鎖”。駕駛者在發(fā)動(dòng)引擎前，須向車一種小型酒精檢測(cè)裝置吹氣，如果酒精濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,引擎將無(wú)法啟動(dòng)。另外一種酒精鎖則是一種情景對(duì)話設(shè)備。這種設(shè)備會(huì)詢問駕駛者的家庭地址等問題，如果駕駛者在酒

28、后意識(shí)不清醒，不能正確答對(duì)所的問題，就無(wú)法啟動(dòng)汽車。一些新的光學(xué)手段也可應(yīng)用于對(duì)付醉駕。俄羅斯圣彼得堡一家激光公司發(fā)明了激光酒精檢測(cè)儀,可對(duì)駕駛員是否飲酒進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)。檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)儀發(fā)射一束激光透過(guò)擋風(fēng)玻璃對(duì)車空氣進(jìn)行檢測(cè)，如果空氣中酒精含量超過(guò)百萬(wàn)分之一，儀器就會(huì)報(bào)警。1.4 設(shè)計(jì)酒精濃度測(cè)試儀的意義 本設(shè)計(jì)基于STC12C5A16AD單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精氣體濃度探測(cè)儀，可用來(lái)檢測(cè)酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測(cè)司機(jī)的酒精含量。酒后駕車發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá)27%。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應(yīng)錯(cuò)誤率顯著增加，當(dāng)血液中酒精含量由0.5%增至1%，發(fā)生車禍的可能性便增加5倍，如果增至1.5%，可能性

29、再增加6倍。機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T“酒后駕車” 與“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故, 嚴(yán)重危害了道路交通安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。人飲酒后, 酒精通過(guò)消化系統(tǒng)被人體吸收, 經(jīng)過(guò)血液循環(huán), 約有90%的酒精通過(guò)肺部呼氣排出, 因此測(cè)量呼氣中的酒精含量, 就可判斷其醉酒程度。開車司機(jī)只要將嘴對(duì)著傳感頭使勁吹氣，儀器就能發(fā)上顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機(jī)是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。當(dāng)然，最好的辦法是在車安裝這種測(cè)試儀，司機(jī)一進(jìn)入車檢測(cè)儀就檢測(cè)司機(jī)的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無(wú)法啟動(dòng)，這樣就可從根本上解決酒后駕車問題。 酒精氣體濃度探測(cè)儀在生產(chǎn)生活中也有重要的應(yīng)用，比如，在一些環(huán)境要求嚴(yán)格的

30、生產(chǎn)車間，用這種酒精濃度探測(cè)儀，可隨時(shí)檢測(cè)車間的酒精氣體濃度，當(dāng)酒精氣體濃度高于允許限定值時(shí)，發(fā)出警報(bào)，提醒人們與時(shí)通風(fēng)換氣，做到安全生產(chǎn)。2 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 單片機(jī)開發(fā)流程 （1）可行性調(diào)研。可行性調(diào)研的目的，是分析完成這個(gè)項(xiàng)目的可能性。進(jìn)行這方面的工作，可參考國(guó)外有關(guān)資料，看是否有人進(jìn)行過(guò)類似的工作。如果有，則可分析他人是如何進(jìn)行這方面工作的，有什么有點(diǎn)和缺點(diǎn)，有什么值得借鑒的；如果沒有，則需要作進(jìn)一步的調(diào)研，此時(shí)的重點(diǎn)應(yīng)放在能否實(shí)現(xiàn)這個(gè)環(huán)節(jié)，首先從理論上進(jìn)行分析，探討實(shí)現(xiàn)的可能性，所需求的客觀條件是否具備，然后結(jié)合實(shí)際情況，再?zèng)Q定能否立項(xiàng)的問題。 （2）系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。在進(jìn)

31、行可行性調(diào)研后，如果可以立項(xiàng)，下一步工作就是系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。工作的重點(diǎn)應(yīng)放在該項(xiàng)目的技術(shù)難度上，此時(shí)可參考這一方面更詳細(xì)、更具體的資料，根據(jù)系統(tǒng)的不同部分和要實(shí)現(xiàn)的功能，參考國(guó)外同類產(chǎn)品的性能，提出合理而可行的技術(shù)指標(biāo)，編寫出設(shè)計(jì)任務(wù)書，從而完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。 （3）設(shè)計(jì)方案細(xì)化，確定軟硬件功能。一旦總體方案確定下來(lái)，下一步的工作就是將該項(xiàng)目細(xì)化，即需明確哪些部分用硬件來(lái)完成，哪些部分用軟件來(lái)完成。由于硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)相互影響，因此，從簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)、降低成本、減少故障率、提高系統(tǒng)的靈活性與通用性方面考慮，提倡軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)完成；但也應(yīng)考慮軟件代硬件的實(shí)質(zhì)是以降低系統(tǒng)

32、的實(shí)時(shí)性、增加處理進(jìn)行為代價(jià)的，而且軟件設(shè)計(jì)費(fèi)用、研制周期也將增加，因此系統(tǒng)的軟硬件功能分配應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求與實(shí)際情況而合理安排，統(tǒng)一考慮。在確定軟硬件功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者的工作就開始涉與到具體的問題，如儀器的體積與與具體技術(shù)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案，軟件的總體規(guī)劃等。在確定人員分工、安排工作進(jìn)度、規(guī)定接口參數(shù)后，就比須考慮硬件軟件的具體問題了。 （4）一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)研、總體設(shè)計(jì)、硬件軟件設(shè)計(jì)、制版、元件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中放入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運(yùn)行。但一次性成功的幾乎是不是不可能的。由于單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)人工是無(wú)法控制的，為了能夠調(diào)試程序，檢查硬件、軟件運(yùn)行情況，這

33、就需要借助某種開發(fā)工具模擬用戶實(shí)際的單片機(jī)，并且能隨時(shí)觀察運(yùn)行的中間過(guò)程而不改變運(yùn)行中有的數(shù)據(jù)性能和結(jié)果，從而進(jìn)行模擬現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)調(diào)試。2.2 硬件系統(tǒng)框圖 本研究設(shè)計(jì)的酒精濃度測(cè)試儀框圖如圖2.1所示。MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理，輸出隨乙醇濃度變化的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)送入單片機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換，與設(shè)定的醉酒閾值進(jìn)行比較，并顯示或報(bào)警。 圖 2.1 系統(tǒng)總框圖2.3 氣體傳感器2.3.1 氣敏傳感器的分類根據(jù)被檢測(cè)氣體的不同，氣敏傳感器可分為以下三類: （1）可燃性氣體氣敏傳感器。目前該類氣敏傳感器需求量最大，包含各種無(wú)機(jī)和有機(jī)類氣體檢測(cè)，主要用于抽油煙機(jī)、泄露報(bào)警器和空

34、氣清新劑等方面，并已經(jīng)形成生產(chǎn)規(guī)模，在油田、礦區(qū)、化工、企業(yè)與家庭等生產(chǎn)和生活領(lǐng)域廣泛用作氣體泄露報(bào)普，特別是用于家庭氣體泄露報(bào)警，需求量不斷增加，使該類傳感器有著廣泛的發(fā)展空間。 （2）CO和H2氣敏傳感器。CO氣敏元件可用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、汽車、家庭等CO泄露和不完全燃燒檢測(cè)報(bào)警；H2氣敏元件除應(yīng)用于工業(yè)等領(lǐng)域外，主要用于家庭管道煤氣泄露報(bào)警。由于我國(guó)管道煤氣中H2含量很高，而氫敏元件較氧化碳元件價(jià)格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報(bào)警更為適宜。 （3）毒性氣體傳感器。毒性氣體傳感器又稱為環(huán)境有毒有害氣體傳感器，主要用于檢測(cè)煙氣、尾氣、廢氣等環(huán)境污染氣體，雖然SnO2氣敏傳

35、感器對(duì)CO，H2S等有毒有害氣體敏感，但應(yīng)用最多的仍是電解式化學(xué)傳感器。傳感器的分類方式有很多種，以上是根據(jù)被檢測(cè)氣體的性質(zhì)進(jìn)行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進(jìn)行分類的。一個(gè)新型的氣體檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該包括：（1）基于一種或幾種傳感技術(shù)的氣體傳感器。（2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。（3）配有人機(jī)接口軟件的中心監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。（4）在一些應(yīng)用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。2.3.2 氣體傳感器的選擇本設(shè)計(jì)中的酒精氣體傳感器采用ZYMQ-3型,它屬于MQ系列氣敏元件的一種。如圖 2.2所示： 圖2.2 ZYMQ-3氣體傳感器 特點(diǎn): (1)對(duì)乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性(2)快速的

36、響應(yīng)恢復(fù)特性(3)長(zhǎng)期的壽命和可靠的穩(wěn)定性(4)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)回路ZYMQ系列氣體傳感器的敏感材料是活性很高的金屬氧化物半導(dǎo)體,最常用的如SnO2。金屬氧化物半導(dǎo)體在空氣中被加熱到一定溫度時(shí)，氧原子被吸附在帶負(fù)電荷的半導(dǎo)體表面，半導(dǎo)體表面的電子會(huì)被轉(zhuǎn)移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負(fù)離子，同時(shí)在半導(dǎo)體表面形成一個(gè)正的空間電荷層，導(dǎo)致表面勢(shì)壘升高，從而阻礙電子流動(dòng)。ZYMQ-3乙醇?xì)怏w傳感器靈敏度曲線如圖2.3所示，其傳感原理為氣敏電阻的輸出阻值隨乙醇?xì)怏w等濃度變化而變化。 圖2.3 ZYMQ-3乙醇?xì)怏w傳感器靈敏度曲線ZYMQ-3 型氣敏傳感器由微型Al2O3、瓷管和SnO2 敏感層、測(cè)量電極和加熱

37、器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或者不銹鋼的腔體，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成：其一為加熱回路；其二為信號(hào)輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻的變化。傳感器表面電阻RS的變化，是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL 上的有效電壓信號(hào)VRL輸出面獲得的。二者之間的關(guān)系表述為：RS/RL=(VCVRL)/VRL，其中VC為回路電壓10V。負(fù)載電阻RL可調(diào)為0.5200K，加熱電壓Uh為5V。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為05V。MQ-3 型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形如圖2.4所示，標(biāo)準(zhǔn)回路如圖2.5所示。為了使測(cè)量的精度達(dá)到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測(cè)量

38、前需要將傳感器預(yù)熱20s。圖2.4 ZYMQ-3的結(jié)構(gòu)和外形 圖2.5 ZYMQ-3標(biāo)準(zhǔn)回路檢測(cè)電路如圖2.6所示，當(dāng)電源開關(guān)S斷開時(shí)，傳感器加熱電流為零，實(shí)測(cè)A，B之間電阻大于20M。S接通，則f，f之間電流由開始時(shí)155mA降至153mA而穩(wěn)定。加熱開始幾秒鐘后A，B之間電阻迅速下降至10K以下，然后又逐漸上升至120K以上后并保持著。此時(shí)如果將酒精溶液樣品靠近MQ-3傳感器，我們立即可以看到數(shù)字萬(wàn)用表顯示值馬上由原來(lái)大于120K降至10K以下。移開小瓶過(guò)1分鐘左右后，A，B之間電阻恢復(fù)至大于120K。這種反應(yīng)可以重復(fù)試驗(yàn)，但要注意使空氣恢復(fù)到潔凈狀態(tài)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)的反復(fù)檢測(cè)，MQ-3傳感器可以

39、正常工作使用，對(duì)不同濃度的酒精溶液有不同的變化，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間都正常，可以開始作信號(hào)采樣模塊電路的設(shè)計(jì)。 圖2.6 ZYMQ-3檢測(cè)電路ZYMQ-3乙醇?xì)怏w傳感器與其調(diào)理電路原理如圖2.7所示。經(jīng)過(guò)調(diào)理，檢測(cè)信號(hào)由電阻值轉(zhuǎn)變成電壓值，便于后續(xù)電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和處理。 圖2.7 傳感器與調(diào)理模塊原理圖 該傳感器模塊具有如下特點(diǎn)，方便與單片機(jī)系統(tǒng)接口組成檢測(cè)儀器。 （1）具有信號(hào)輸出指示。 （2）雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出與TTL電平輸出）。 （3）TTL輸出有效信號(hào)為低電平。(輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接單片機(jī)) 。 （4）模擬量輸出05V電壓，濃度越高電壓越高。2.3.3 氣體傳感器模塊電

40、路 綜上制出傳感器與單片機(jī)接口原理圖，如圖2.8所示。他是本次設(shè)計(jì)中的識(shí)別酒精氣體的一個(gè)重要的模塊。 圖2.8 傳感器與單片機(jī)接口電路2.4 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動(dòng)電路(LCD或LED驅(qū)動(dòng)電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器與A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)雖小然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地

41、完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。2.4.1 STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)簡(jiǎn)介STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍，部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制、強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 下面是此類單片機(jī)的功能特點(diǎn)介紹： 1.增強(qiáng)型8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。 2.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：3.3V - 5.5V(5V單片機(jī))STC12LE5A

42、60S2系列工作電壓：2.2V - 3.6V(3V單片機(jī)) 3.工作頻率圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0-420MHz。 4.用戶應(yīng)用程序空間：8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)等。 5.片上集成1280字節(jié)RAM。 6.通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/弱上拉，僅為輸入/高阻，開漏。每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不超過(guò)55mA。 7.ISP/IAP無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器。可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶序

43、，數(shù)秒即可完成一片。 8.有EEPROM功能（STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)部EEPROM）。 9.看門狗。 10.部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）。 11.外部掉電檢測(cè)電路P4.6口有一個(gè)低壓門檻比較器。5V單片機(jī)為1.32V，誤差為+/-5%,3.3V單片機(jī)為1.30V，誤差為+/-3%。 12.時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，部R/C振蕩器（溫漂為+/-5%到+/-10%）。用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘。常溫下部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：11MHz-15.5MHz 3.3V單片機(jī)為：8MH

44、z-12MHz精度要求不高時(shí)可選擇用部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)。 13.共4個(gè)16位定時(shí)器。兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器T0和T1，無(wú)定時(shí)器T2,但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通信的波特率發(fā)生器。再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器。 14.有2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘。 15.外部中斷I/O口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒。 16.PWM（2路）/PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列，2路) 也可以用來(lái)當(dāng)2路D/A使用 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器

45、也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷 17.A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC共8路，轉(zhuǎn)換速度達(dá)250K/S（每秒25萬(wàn)次）。 18.通用全雙工異步串行口，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口。 19.STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RXD2/P1.2(可通過(guò)寄存器設(shè)計(jì)到P4.2)，TXD2/P1.3(可通過(guò)寄存器設(shè)計(jì)到P4.3)。 20.工作溫度圍：-40 - +85（工業(yè)級(jí)）/0 - 75(商業(yè)級(jí))。 21.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48。I/O口不夠時(shí)，可用2到3跟I/O口線外接，74HC164/165/595(均

46、可級(jí)聯(lián))來(lái)擴(kuò)展I/O口，還可以用A/D做按鍵掃描來(lái)節(jié)省I/O口，或用雙CPU，三線通信，還多了串口。2.4.2 單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)選宏晶公司高性能單片機(jī)STC12C5A16AD，其管腳如圖2.9所示。 圖2.9 STC12C2052AD單片機(jī)管腳圖該單片機(jī)為DIP40封裝，外型管腳與AT89S52等完全一樣，置8位A/D轉(zhuǎn)換器，可將酒精傳感器輸出電壓轉(zhuǎn)變成數(shù)字量處理。其中各個(gè)管腳的功能如下：VCC：運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)接電源正端。GND：電源負(fù)極，接地。XTAL1：部時(shí)鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個(gè)引腳。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳是外部時(shí)鐘源的輸入端。XTAL2：部時(shí)鐘電路反相放大器

47、輸出端，接外部晶振的另一端。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳可浮空，此時(shí)XTAL2實(shí)際將XTAL1輸入的時(shí)鐘進(jìn)行輸出。P0口：既可作為輸入/輸出口，也可作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。當(dāng)P0口作為輸入/輸出口時(shí)，P0是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，部有弱上拉電阻，無(wú)需外接上拉電阻。當(dāng)P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是低8位地址線（A0A7），數(shù)據(jù)線的（D0D7）。P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口。并且具有A/D轉(zhuǎn)換功能。P1.0ADC0/CLKOUT2，ADC輸入通道-0，CLKOUT2是獨(dú)立波特率發(fā)生器的時(shí)鐘輸出，可通過(guò)設(shè)置WAKE_CLKO2位/BRT-CLKO將該管腳配置為CLKOUT2。P1.1ADC1，

48、ADC輸入通道-1。P1.2ADC2/ECI/RxD2，ADC輸入通道-2，ECI是PCA計(jì)數(shù)器的外部脈沖輸入腳，RxD2是第二串口數(shù)據(jù)接收端。P1.3ADC3/CCP0/TxD2,ADC輸入通道-3，CCP0是外部信號(hào)捕獲（頻率測(cè)量或當(dāng)外部中斷使用）、高速脈沖輸出與脈沖調(diào)制輸出，TxD2是第二串口數(shù)據(jù)發(fā)送端。P1.4ADC4/CCP1/,ADC輸入通道-4,CCP1是外部信號(hào)捕獲（頻率測(cè)量或當(dāng)外部中斷使用）、高速脈沖輸出與脈沖調(diào)制輸出,是SPI同步串行接口的從機(jī)選擇信號(hào)。P1.5ADC5/MOSI,ADC輸入通道-5,MOSI是SPI同步串行接口的主出從入（主器件的輸出和從器件的輸入）。P1

49、.6ADC6/MISO,ADC輸入通道-6,MISO是SPI同步串行接口的主入從出（主器件的輸入和從器件的輸出）。P1.7ADC7/SCLK,ADC輸入通道-7,SCLK是SPI同步串行接口的時(shí)鐘信號(hào)。P2口：部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也可作為高8位地址總線使用（A8A15）。當(dāng)P2口作為輸入/輸出口時(shí)，P2是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口。P3口：8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有部上拉電路，提供各種替代功能。P3.0RxD，串口1數(shù)據(jù)接收端。P3.1TxD，串行口1數(shù)據(jù)發(fā)送端。P3.2，外部中斷0請(qǐng)求輸入端，下降沿中斷或低電平中斷。P3.3,外部中斷1請(qǐng)求輸入端，下降沿中斷或低電平中斷。P3.4T0/

50、CLKOUT0,T0是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，是定時(shí)器0下降沿中斷，CLKOUT0是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的時(shí)鐘輸出，可通過(guò)設(shè)置WAKE_CLKO1位/T0CLKO將該管腳配置為CLKOUT0。P3.5T1/CLKOUT1,T1是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，是定時(shí)器1下降沿中斷，CLKOUT1是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的時(shí)鐘輸出，可通過(guò)設(shè)置WAKE_CLKO1位/T1CLKO將該管腳配置為CLKOUT1。P3.6,低電平有效，輸出，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖，P3.7,低電平有效，輸出，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖。RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器工作時(shí)，在RST上作用兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。

51、EA/VCC：片外程序存儲(chǔ)器訪問允許信號(hào)，低電平有效。高電平時(shí)選擇片程序存儲(chǔ)器，低電平時(shí)程序存儲(chǔ)器全部在片外而不管片是否有程序存儲(chǔ)器。ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率固定速率輸出，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用作外部定時(shí)脈沖。STC12C5A16AD單片機(jī)的部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.10所示。其中包含中央處理器(CPU)、程序存儲(chǔ)器(Flash)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門狗與片R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。它幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。 圖

52、2.10 STC12C5A16AD系統(tǒng)部框圖2.4.3 單片機(jī)系統(tǒng)電路由STC12C5A16AD組成的單片機(jī)系統(tǒng)原理圖如圖2.11所示。圖中AOUT為MQ-3傳感器模塊輸出的檢測(cè)電壓信號(hào)，送入ADC7端口進(jìn)行處理，DOUT為傳感器模塊輸出的數(shù)字電平信號(hào)，該信號(hào)可以根據(jù)乙醇?xì)怏w濃度直接輸出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警閾值通過(guò)模塊上的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。 圖 2.11 單片機(jī)系統(tǒng)原理圖 圖2.11中，按鍵K2和K3為醉酒閾值調(diào)整鍵，其中K2為“增加”，K3為“減小”按鍵。L2和L3為報(bào)警指示燈，分別可以進(jìn)行酒后和醉酒報(bào)警。2.5 晶振電路 單片機(jī)晶振是單片機(jī)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率的部件，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘

53、頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。2.5.1單片機(jī)晶振的應(yīng)用單片機(jī)工作的過(guò)程中各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)，C51的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)，此方式常用于多片C51系列單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns。且為頻率低于12MHz的方波

54、。對(duì)于CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由XTAL1端引入，而XTAL2端應(yīng)懸空。2.5.2晶振模塊電路本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了部時(shí)鐘方式。電路圖如圖2.12所示。圖 2.12晶振電路圖在C51單片機(jī)的部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，圖中電容器C1和C2穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，采用值是20pF，晶振CYS選擇的是11.0592MHz。2.6 LCD顯示電路 顯示部分采用LCD1602液晶屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，首先考慮其功耗與顯示性能，所以最終選擇了LCD1602顯示屏來(lái)進(jìn)行

55、此次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.6.1液晶顯示模塊 本次設(shè)計(jì)采用的是LCD1602模塊，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/545607.htm t _blank 點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等 HYPERLINK :/baike.baidu /view/545607.htm t _blank 點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。

56、1602LCD是指顯示的容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 目前市面上字符液晶大多數(shù)是基于H4D4780液晶芯片的，控制原理是完全一樣的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。LCD管腳功能與引腳圖如圖2.13所示。 圖2.13 LCD1602管腳分配圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中： 第1腳：VSS為電源地。 第2腳：VCC接5V電源正極。 第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第4腳：RS為

57、寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳： HYPERLINK :/baike.baidu /view/5108385.htm t _blank 空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。 LCD的特性如下： (1)3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)。 (2)含復(fù)位電路。 (3)提供各種控命制令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等功能。

58、 (4)有80 HYPERLINK :/baike.baidu /view/60408.htm t _blank 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。 (5)建有192個(gè)5X7 HYPERLINK :/baike.baidu /view/545607.htm t _blank 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。 (6)有可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。 特征應(yīng)用為微功耗、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。操作控制是關(guān)于E=H脈沖開始時(shí)初始化E為0，然后置E為1。 1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字

59、符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。為因1602識(shí)別的是ASCII碼，試驗(yàn)可以用ASCII碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如A。1602的16進(jìn)制ASCII碼表地址如圖2.14所示。 圖2.14 1602的16進(jìn)制ASCII碼表地址 讀的時(shí)候，先讀左邊那列，再讀上面那行，如：感嘆號(hào)！的ASCII為0 x21，字母B的ASCII為0 x42（前面加0 x表示十六進(jìn)制）。2.6.2 液晶

60、屏接口電路 與單片機(jī)接口電路如圖2.15所示。其中J3的3腳為背光引腳，R2和R4電阻用于調(diào)節(jié)背光亮度。J3的4、5、6引腳分別接液晶的RS、E/W和E控制引腳，J3的714引腳為數(shù)據(jù)引腳。 圖2.15 LCD與單片機(jī)接口電路2.7 閥值存儲(chǔ)系統(tǒng)在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到酒精測(cè)試儀在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)失電的情況。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該保存失電前的一些數(shù)據(jù)。比如，存儲(chǔ)的閥值。而這些數(shù)據(jù)如果存儲(chǔ)在單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，單片機(jī)失電重啟動(dòng)后存儲(chǔ)的相關(guān)數(shù)據(jù)已經(jīng)消失了。為了完成此功能，必須在單片機(jī)外部加一個(gè)EEPROM，完成這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中加入了I2C總線的EEPROMAT24C04。2.