基于单片机防酒后驾驶控制系统硬件设计

本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455基于单片机的防酒后驾驶控制系统电路设计摘要：防酒后驾驶控制系统越来越成为趋势。它是计算机技术与自动控制理论及酒精测量技术紧密结合的产物。本课题设计一种用于汽车的具有检测及控制功能的酒精浓度智能测试系统，并实时显示酒精浓度，实现了自动检测和控制功能。该系统以 STC89C51 单片机为核心，由酒精传感器 MR513、ADC0809 转换器、语音报警、LED 显示、继电器以及电机等构成。将采集到的模拟电压信号经 A/D 转换，送入单片机，通过单片机进行控制计算输出控制信号；在气敏传感器感应到了酒精浓度超标时,将电信号转变成数字信号输出，并发出鸣响警示驾驶人员不要驾驶,并用继电器锁闭汽车的点火系统，同时发出声光报警，并通过数码管实时显示酒精浓度，实现了自动控制功能。从而保障驾驶员和乘客的安全。本系统设计可以应用到实际生活中，可以很好的阻止司机酒后驾车，减少交通事故的发生率。可见该电路具有广泛的应用价值，值得深入研究。关键词：气体传感器 模数转换 单片机 气体测量本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455Based on SCM preventing drunken driving control system circuit designAbstract: The drunken driving control system are gaining in trends. It is the computer technology and automatic control theory and control technology closely integrated alcohol measurement product.In this paper, study design car for the detection and alarm functions with an alcohol concentration of intelligent system, and real-time display alcohol concentration.It has realized automatic detection and control function.In this thesis, the concentration of alcohol can be measured and displayed by using the gas sensor based on STC89C51 Single-chip Microcomput . By alcohol sensor MR513, ADC0809 converter, voice alarm, LED display, relays and motor, etc. Will the collected simulation voltage signal via A/D conversion, into A single-chip microcomputer, Through the single-chip microcomputer control calculation output control signal.When the gas sensor induced strength of alcohol exceeding the allowed figure, transformed the digital signaling output the electrical signal. And sends out resounds the caution to drive the personnel not to drive, and locks up automobiles ignition system with the relay.Meanwhile give out sound and light alarm, and through digital tube real-time display alcohol concentration, has realized automatic control function.，thus safeguards the pilot and passengers safety.This system design in the warning circuit can be applied to actual life, the prevention driver that it can be better on the other hand drives after drinking, reduce the incidence of the traffic accident. It is obvious this circuit has extensive using value, worth further investigatingKeyword: Gas sensor A/D conversion Single-chip Microcomput Gas measurement本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455目 录第一章 前言 11.1 选题的依据及意义 11.2 国内外研究及发展趋势 21.3 课题的研究内容 3第二章 传感器检测原理 42.1 传感器原理 42.2 传感器检测原理 7第三章 防酒后驾驶控制系统组成及工作原理 103.1 系统设计要求与技术指标 103.2.系统组成及功能 10第四章 防酒后驾驶控制系统硬件电路设计 124.1 酒精浓度测试电路 124.2 信号放大电路 134.3 A/D 转换电路 164.4 单片机最小系统 214.4.1 时钟电路 234.4.2 复位电路 234.5 显示电路 244.6 报警电路 274.6.1 光电报警 274.6.2 声音报警 284.7 汽车制动控制电路 294.8 系统总电路设计 31第五章 防酒后驾驶控制系统软件设计 325.1 软件整体设计思路 325.2 主程序模块的设计 325.2.1 显示子程序 345.2.2 控制子程序 355.3 数据采集及处理模块 36第六章 防酒后驾驶控制系统调试 396.1 硬件调试 396.2 酒精浓度测试电路调试 406.3 信号放大电路 416.4 A/D 转换电路的调试 416.5 显示模块的调试 416.6 汽车制动控制模块的调试 426.7 总体调试 42本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455第七章 总结 437.1 完善功能 437.2 心得体会 43致谢 44参考文献 45附录 A 46附录 B 47附录 C 48本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455第一章 前言1.1 选题的依据及意义2000 年以来，随着中国经济的高速发展，人民生活水平的迅速提高，中国逐渐步入“汽车社会” ，酒后驾车行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精正在成为越来越凶残的“马路杀手” 。现代社会，由于种种原因，人们的安全意识较差，酒后驾车似乎已经成为一件常事。当酒精在人体血液内达到一定浓度时，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。人对外界的反应能力及控制能力会下降，处理紧急情况的能力也随之下降。对于酒后驾车者而言，其血液中酒精含量越高，发生撞车的几率越大。受到酒精影响的司机通常会有如下特征：对信号灯反应慢，摇摆不定、突然转向、飘忽不定或在道路中线驾驶；乱踩刹车；转弯幅度大；蛇形；没有原因就停车灯。而根据世界卫生组织的事故调查，大约 50%69%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的主要原因。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起，其危害触目惊心，已成为交通事故的第一大“杀手” 。虽然各国对酒后驾车执行了严格的规定,但酒后驾车仍具有一定的普遍性, 防止酒驾事故已成为迫在眉睫的问题。酒后驾车原因主要有以下几个方面：第一，本国对于酒后驾车的处罚规定过轻，同时对酒后驾车的判定标准起点过高，是造成目前酒后驾车，并且引发交通事故的主要原因。第二，驾驶者在思想方面认识不足。一是对酒后驾驶的危害性认识不到位。驾驶人饮酒后判断操作能力降低。对声、光刺激的反应时间延长，触觉会比平时迟钝，不能及时准确地判断行车的距离和速度，不能正常控制油门、刹车和方向盘，不能正确地处置突发情况。二是安全意识不强，并自恃酒量大、驾驶技术高超，认为少喝点酒不碍事，往往酒后驾车来炫耀自己，常常酿成大祸。三是存在侥幸心理。自认为以前饮酒驾车从来没有发生过事故，也没有被交警抓到和处罚过，于是便酒后驾车，往往酿成车祸。治理酒后驾驶应该着眼长远。只有建立科学的监管机制，抓好交通违法行为的日常细节管理，将运动式执法转变为工作常态，并为之提供法律制度支撑，才是解决问题、力克多种管理顽症的关键所在。利用基于单片机防酒后驾车控制系统,.可以有限度的阻止这类事情的发生。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455本次课设主要研究的是基于单片机防酒后驾车控制系统硬件设计的电路设计，防酒后驾车控制系统将成为在日后的日常生活中对汽车启动运行控制的重要设备, 它可以广泛应用到对汽车的控制当中。通过它能够实时监控驾驶者的酒精浓度和控制汽车的启动，实现防酒后驾驶的作用，并显示测量者的酒精浓度和语音光电报警功能，以提醒驾驶者，并使它达到预定的效果。对防止交通意外具有重大的应用价值。1.2 国内外研究及发展趋势汽车是全球出口贸易中的第一大商品，汽车产品因其技术含量高、产品附加值较大、相关连产业范围广、产业带动性强等特点，使工业发达国家都力图保持汽车产品在制造业中的技术优势和制造装备优势。但它同时又是一个潜在的危险，并可能对人们的生命造成重大损害，因此世界各国都无一例外地为减轻事故发生而制定一些法规和标准。防止酒后驾驶汽车和驾驶汽车时候接电话等一系列法律法规。市场需求是决定汽车发展的主要动力，根据国内目前的市场需求来看，在防酒后驾驶控制技术方面还比较少,主要以指纹式酒后禁驾系统为主，指纹式酒后禁驾系统利用了人类指纹的唯一性，从源头上彻底制止酒后驾驶的行为，并且运用全球领先的手指汗液酒精检测手段，防止呼气检测时的相互污染，设计更加人性化，同时不受车内环境、他人因素的干扰，检测结果更加准确。该系统同时具有指纹启动、指纹防盗等功能，系统可同时授权司机亲友代驾指纹，但只要被授权者饮酒就同样会被禁驾。对于国外，处于国际日本三大汽车制造商丰田、本田、日产，日产汽车公司在防止酒后驾驶的技术上做出了一系列努力，近日又推出一款新的车，应用了可以预防酒后驾驶的技术，防酒后驾驶控制技术可以有效测试司机的酒精浓度，采用多种预防措施防止酒后驾驶，并在危险时刻对汽车采取紧急制动，从而大幅度减少酒后驾驶引发的交通事故。有以下几个趋势：趋势一：使用酒精气味传感器检测车内空气。日产概念车的变速器挡把处设置了一个高灵敏度的酒精气味传感器，它可以在驾驶员启动汽车时，测试驾驶员手掌分泌的汗液。当汗液酒精浓度指标超过预先设定的峰值时，系统会自动停止工作，使汽车无法启动，同时汽车导航系统会发出“酒后驾驶”的警报音。趋势二：监控驾驶员面部表情。日产概念车在仪表盘下方安装了一本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455部微型摄像机，用来监测司机的面部表情。一旦系统通过摄像机发现司机非常困倦、有持续合眼现象，汽车导航系统就会发出警报音和提示语。同时，座椅安全带预收紧装置会启动，缩紧司机的安全带来提醒困倦的驾驶员。趋势三：监测驾驶员驾驶行为。通过持续监测司机的驾驶行为，系统可以识别司机分心走神的种种迹象。当系统监测到类似的行为时，汽车的自动导航系统会发出警报音和提示语，座椅安全带预收紧装置也会立刻收紧安全带提醒司机注意安全。1.3 课题的研究内容为了满足汽车市场的需要和给客户提供一个安全保险的防酒后驾驶控制系统，本设计综合运用了单片机技术、传感器采集技术、控制技术等来实现对司机的酒精浓度进行测量和控制汽车启动功能。本系统要实现的具体功能为： 能通过高灵敏度的呼气式酒精传感器检测司机的酒精摄入量，当司机体内酒精浓度超标时，控制系统会自动切断汽车启动系统，使汽车无法正常启动。系统可显示司机摄入的酒精浓度，并具有实时监测和光电、语音报警功能。总之，本设计应该具有防酒后驾驶控制系统的基本功能，对防酒后驾驶控制系统的相关技术进行很好的研究和应用，符合防酒后驾驶控制系统的技术发展趋势。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455第二章 传感器检测原理2.1 传感器原理传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号” 。按照Gopel 等的说法是： “传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件” ，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字) 能力的系统” 。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附） ，使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以准确的反应气体浓度的变化。气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化。目前流行的定性模型是：原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。1、半导体气敏元件的特性参数（1）气敏元件的电阻值本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏元件(电阻型)的固有电阻值，表示为 Ra。一般其固有电阻值在(103105) 范围。测定固有电阻值 Ra 时, 要求必须在洁净空气环境中进行。由于经济地理环境的差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一气敏元件，在温度相同的条件下，在不同地区进行测定，其固有电阻值也都将出现差别。因此，必须在洁净的空气环境中进行测量。（2）气敏元件的灵敏度元件的灵敏度是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度之间的依从关系。表示方法有三种 （a）电阻比灵敏度 K。 （b ）气体分离度RC 气敏元件在浓度为 C1 的被测气体中的阻值： R 2 气敏元件在浓度为 C2 的被测气体中的阻值。通常，C1 C2 。 （c）输出电压比灵敏度 KVVa:气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出。（3）气敏元件的分辨率表示气敏元件对被测气体的识别（选择）以及对干扰气体的抑制能力。气敏元件分辨率 S 表示为Va气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的输出电压；Vg气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压Vgi气敏元件在 i 种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压。（4）气敏元件的响应时间表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的 63时为止，所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号 tr 表示。（5）气敏元件的加热电阻和加热功率气敏元件一般工作在 200以上高温。为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用 RH 表示。直热式的加热电阻值一般小于 5；旁热式的加热电阻大于 20。气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，用表示。一般在(0.52.0)W 范围。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455（6）气敏元件的恢复时间 表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的速度,一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时, 直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的 63时所需时间。2、烧结型 SnO2 气敏元件SnO2 系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。烧结型应用最广泛性。其敏感体用粒径很小(平均粒径m)的 SnO2 粉体为基本材料，根据需要添加不同的添加剂，混合均匀作为原料。主要用于检测可燃的还原性气体，其工作温度约 300。根据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种。（1）直接加热式 SnO2 气敏元件(直热式气敏元件)由芯片( 敏感体和加热器)，基座和金属防爆网罩三部分组成。因其热容量小、稳定性差，测量电路与加热电路间易相互干扰，加热器与 SnO2 基体间由于热膨胀系数的差异而导致接触不良，造成元件的失效，现已很少使用。 （2）旁热式 SnO2 气敏元件旁热式气敏器件结构及符号根据被检测气体的不同，气敏传感器可分为以下三类:（1）可燃性气体气敏传感器。目前该类气敏传感器需求量最大，包含各种无机和有机类气体检测，主要用于抽油烟机、泄露报警器和空气清新剂等方面，并已经形成生产规模，在油田、矿区、化工、企业及家庭等生产和生活领域广泛用作气体泄露报普，特别是用于家庭气体泄露报警，需求量不断增加，使该类传感器有着广泛的发展空间。（2）CO 和 H2 气敏传感器。CO 气敏元件可用于工业生产、环保、汽车、家庭等 CO 泄露和不完全燃烧检测报警；H2 气敏元件除应用于工业等领域外，主要用于家庭管道煤气泄露报警。由于本国管道煤气中 H2 含量很高，而氢敏元件较氧化碳元件价格低，灵敏度高，因此，用氢敏元件做城市管道煤气泄露报警更为适宜。（3）毒性气体传感器。毒性气体传感器又称为环境有毒有害气体传感器，主要用于检测烟气、尾气、废气等环境污染气体，虽然 SnO2 气敏传感器对CO，H2S 等有毒有害气体敏感，但应用最多的仍是电解式化学传感器。传感器的分类方式有很多种，以上是根据被检测气体的性质进行的分类，本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455也有根据元件的物理特性进行分类的。一个新型的气体检测系统应该包括：（1）基于一种或几种传感技术的气体传感器。（2）组合了气体传感器和采样调理电路的探头。（3）配有人机接口软件的中心监测和控制系统。（4）在一些应用中，与其它安全系统和仪器的接口。本设计中的酒精气体传感器采用 MR513 型,它属于 MR 系列气敏元件的一种。2.2 传感器检测原理MR513传感器对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性快速的响应恢复特性，长期的寿命和可靠的稳定性，简单的驱动回路。应用：用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测；也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。图2-1 MR513气敏元件的结构和外形MR513型气敏元件通过气体吸附在金属氧化物半导体表面而产生热传导变化及电传导变化的原理，由白金线圈电阻值变化测定气体浓度。MR513由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇可燃性气体时检测元件电阻减小，桥路输出电压变化，该电压变化随气体浓度增大而成比例增大，补偿元件起参比及温度补偿作用。以下是MR513的基本参数：A. 技术指标表2-1 MR513传感器技术指标产品型号 MR513 产品类型 热线型气敏元件 标准封装 塑料封装 本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455工作电压(V) 2.50.1 工作电流(mA) 100 灵敏度(mV) 60 (乙醇100ppm) 线形度（%） 05 响应时间 (90%) 20 恢复时间 (90%) 40 使用环境 -20+50 低于95%RH 储存环境 -20+70 低于70%RH 外形尺寸（mm） 12mm10mm B. 灵敏度、响应恢复特性图 2-2 MR513 灵敏度特性曲线本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455图 2-3 MR513 响应恢复时间c.输出信号随环境温度、湿度的变化图 2-4 输出信号随环境温度的变化图 2-5 输出信号随环境湿度的变化本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455D.长期稳定性 在空气中每年漂移小于 10mV，在 0.01%乙醇中每年漂移小于 10mV。短期储存（两周内）30 分钟即可稳定，如长期储存（一年） ，则需老化 5 小时才可稳定。图 2-6 MR513 元件稳定性本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455第三章 防酒后驾驶控制系统组成及工作原理3.1 系统设计要求与技术指标本课题要求应用单片机技术设计一个基于单片机的防酒后驾驶控制系统设计。系统能通过高灵敏度的呼气式酒精传感器检测司机的酒精摄入量，当司机体内酒精浓度超标时，控制系统会自动切断汽车启动系统，使汽车无法正常启动。系统可显示司机摄入的酒精浓度，并具有实时监测和光电、语音报警功能。设计具体技术要求如下：1，设计 51 单片机最小系统；2，设计 LED 显示电路；3，设计信号采集转换电路；4，设计控制切断汽车启动系统接口电路；3.2.系统组成及功能本次设计主要分为两部分组成：硬件设计和软件设计。硬件电路组成主要以单片机 89C51 为核心，控制整个系统的工作。系统电路由酒精浓度测试电路、信号放大电路、A/D 转换电路、单片机系统、控制电路、显示电路、语音报警电路及光电报警电路组成。见图 3-1 所示。功能：先由酒精传感器构成的转换电路将酒精浓度转换成电压信号，由于输出电压为毫伏级的太小，因此经过放大电路将小信号放大，使输出电压为0V-5V，再将信号送入 A/D 转换电路进行模数转换，送至单片机系统来进行语音报警、光电报警和汽车制动，其功能模块如图 3-1 所示。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455信号放大电路A/D转换单片机系统控制电路显示电路语音报警电路光电报警电路酒精传感器测试本系统软件整体设计思路采用模块化设计，软件由主模块、声光报警模块、数据采集模块、显示模块、算法模块、存储模块等组成。其模块框图如图 3-2所示主程序声光报警子程序数据采集子程序显示子程序算法子程序存储子程序图 3-2 系统软件结构框图图 3-1 系统功能模块本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455第四章 防酒后驾驶控制系统硬件电路设计4.1 酒精浓度测试电路 由于酒精浓度测试电路中可以选择不同的酒精传感器。 以下对两种传感器测试电路方案进行分析比较。方案一： 选择 MR513酒精检测传感器。MR513酒精检测传感器灵敏度高同时还可抗汽油的干扰，响应速度快，一般情况小于20秒；功耗小于0.36W，节约能源，尺寸也较小，节约空间。同时，它还具有大信号输出，期稳定时间短，好的重复性，工作稳定可靠，微型化设计，优良的抗烟雾、并对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性，探测范围为大于等于60 (乙醇100ppm) ，尤其适用于酒后驾驶人员的检测。如图4-1所示。输出的信号为电压信号，输出电压为毫伏级的，需经过放大电路放大。图 4-1 MR513酒精检测电路方案二：TGS813 酒精传感器。TGS813 酒精传感器是专门为检测乙醇蒸汽而设计的新型传感器件。该元件对乙醇蒸汽有较高的灵敏度，而对正己烷烃蒸气的灵敏度很低，具有较好的选择性和稳定性。电路原理图如图4-2所示。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455图4-2 TGS813酒精检测电路TGS813传感器最大优点是寿命长，TGS813 传感器的灵敏度特性只随四季的温湿度变化而呈周期性变化，并没有单调变化的趋势， TGS813气敏传感器的主要参数：加热电压为DCAC(5 V0.2 V)，着火温度 537，爆炸极限为5 15，温度为200 1000 次）Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能RST：复位引脚，输入高电平使 STC89C51 复位，返回低电平退出复位，此脚与 VSS 脚连接一个电容电阻，然后分别接电源端、地端。形成一个复位电路。/VPP:运行方式时， 为程序存储器选择信号， 接地时 CPU 总是从外部EAEAEA存储器中取指令， 接高电平时 CPU 可以从内部或外部取指令；FLASH 编程方式时，该引脚为编程电源输入端 VPP；PSEN:外部程序存储器读选通信号，从外部存储器取指令时，从 PSEN 引脚输出读选通信号（负脉冲） ；ALE/PROG：运行方式时，ALE 为外部存储器低八位地址锁存信号， FLASH编程方式时，该引脚为编程脉冲输入端；XTAL1、XTAL2：为内部振荡器电路（反相放大器）的输入端和输出端，外接晶振电路；P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与 STC89C51 不同之处是，P1.0 和 P1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX） ；Flash 编程和程序校验期间， P1 接收低 8 位地址。本设计中 P1.0。 P1.1 接键盘；P1.2/P1.3 接到外部存储器 24C02 输入端；P1.4P1.7 分别作为列驱动模块的输入端。P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。其中 P2.4P2.7 与行驱动 74LS138 级联的 4个输入端相连。TXD、RXD 口是数据输入口，它们分别于串口通信部分的 TXIN、RXOUT 连接，以实现上位机数据传输到单片机内。89C51 管脚图 4-8 如下：图 4-8 89C51 管脚图4.4.1 时钟电路对于晶振部分，STC89S51 单片机中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 19 对应的 XTAL1 和 18 对应的 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455成自激振荡器。如图 4-9 所示，石英晶体及电容 C2 和 C3 接在放大器的反馈回路中构成并联谐振电路。石英晶体的两端分别接到引脚 XTAL1 和引脚 XTAL2，同时石英晶体的两端分别接一个电容 C2 和 C3，电容的另一端接地。对于外接电容 C2 和 C3 的大小虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小还是会对振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度和温度稳定性带来一定的影响。片内振荡器的震荡频率 fOSC 非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz12MHz 之间选取，这次毕设用的时钟频率是 6MHz。XTAL2 输一个正弦波。图 4-9 中 C2、C3 是反馈电容，其值在 5pF30pF 之间选择,其典型值是30Pf。本系统采用的是 0.01UF。作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率 f 起微调作用。图 4-9 时钟电路4.4.2 复位电路单片机在启动运行时都要复位，使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这状态开始工作。实际应用中，复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位，上电复位，要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位，上电瞬间 RST 引脚获得高电平，随着电容 C2 的充电，RST 引脚的高电平将逐渐下降。本设计中复位电路采用的是开关复位电路，开关未按下是上电复位电路，上电复位电路在上电的瞬间，由于电容上的电压不能突变，电容处于充电（导本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455通）状态，故 RST 脚的电压与 VCC 相同。随着电容的充电，RST 脚上的电压才慢慢下降。选择合理的充电常数，就能保证在开关按下时是 RST 端有两个机器周期以上的高电平从而使 STC89C51 内部复位。开关按下时是按键手动复位电路，RST 端通过电阻与 VCC 电源接通，通过电阻的分压就可以实现单片机的复位。电路图见图 4-10： 图 4-10 复位电路图RST 引脚的高电平只要能保持足够的时间（ 2 个机器周期） ，单片机就可以进行复位操作。4.5 显示电路发光二极管一般是砷化镓半导体二极管，在发放光二极管两端加上正向电压，则发光二极管发光。数码管是由若干发光二极管组合而成的，有共阴极和共阳极两种结构形。8 段共阴数码管由 ab c de fg、dg 这 8 个发光二极管组成。把 8 个发光二极管的阴极连接在一起构成共阴极端，接进电路时，共阴极端接地，给要发光显示的二极管的阳极端接高电平可使该发光二极管导通点亮。如图 4-11 所示。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455图 4-11 8 段共阴数码管结构图数码管显示电路分为动态显示和静态显示。静态显示方式是指每一个数码管的字段控制是独立的，每一个数码管都需要配置一个 8 位输出口来输出该字位的七段码。因此需要显示多位时需要多个输出口，通常片内并口不够用，需要在片外扩展。动态显示又称为扫描显示方式，也就是在某一时刻只能让一个字位处于选通状态，其他字位一律断开，同时在字段线上发出该位要显示的字段码，这样在某一时刻某一位数码管就会被点亮，并显示出相应的字符。下一时刻改变所显示的字位和字段码，点亮另一个数码管，显示另一个字符。绕后一次扫描轮流点亮其他数码管，只要扫描速度快，利用人眼的视觉残留效应，会使人感觉到几位数码管都在稳定的显示。本设计采用可编程器件 HD7279A 对键盘和显示进行控制，最小系统板中扩展了 16 个按键进行控制和 8 个数码管进行显示。HD7279A 是一种管理键盘和 LED 显示器的专用智能控制芯片。HD7279 与微处理器仅需 4 条接口线，其中 CS 为片选信号（低电平有效） 。当微处理器访问 HD7279A（读键号或写指令）时，应将片选端置为低电平。DATA 为串行数据端， CLK 为数据串行传送的同步时钟输入端，时钟的上升沿表示数据有效。KEY 为按键信号输出端。RC 引脚用于连接 HD7279A 的外接振荡元件，其典型值R=1.5k,C=15pF。RESET 为复位端。该端口由低电平变成高电平并保持 25ms本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455即复位结束。通常，该端口接+5V 即可。DIG0 DIG7 分别为 8 个 LED 管的位驱动输出端。SASG 分别为 LED 数码管的 A 段G 段的输出端。DP 为小数点的驱动输出端。HD7279A 片内具有驱动电路，它可以直接驱动 1 英寸及以下的LED 数码管，使外围电路变得简单可靠。HD7279 是一片具有串行接口的，可同时驱动 8 位共阴式数码管(或 64 独立LED)的智能，显示驱动芯片该芯片同时还可连接多达 64 键的键盘矩阵，单片即可完成 LED 显示、键盘接口的全部功能。HD7279 内部含有译码器可直接接受BCD 码或 16 进制码并同时具有 2 种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。方便控制 LED，与 STC89C51 的连接如图 4-12 所示。图 4-12 显示电路HD7279 只需要 4 根线（ CS、CLK、DATA 、KEY ）与 STC89C51 相连，仅仅使用单片机的 P1.1P1.4 口，大大节省了 CPU 的端口资源，即可实现键盘接口功能。LED 数码管外接 200 欧姆的电阻为限流电阻。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354554.6 报警电路4.6.1 光电报警在单片机应用系统中，一般的工作状态可以通过指示灯或数码显示来指示，供操作人员参考，了解系统的工作状况。但对于某些紧急状态，比如系统检测到的错误状态等，为了使操作人员不至于忽视，及时采取措施，往往还需要有某种更能引人注意，提起警觉的报警信号。这种报警信号通常有三种类型：一是闪光报警，因为闪动的指示灯更能提醒人们注意；二是鸣音报警，发出特定的音响，作用于人的听觉器官，易于引起和加强警觉；三是语音报警，不仅能起到报警作用，还能直接给出警报种类的信息。其中，前两种报警装置因硬件结构简单，软件编程方便，常常在单片机应用系统中使用。实现单频音报警的接口电路比较简单，只要当值高于警报值的时候给一个低电频就能驱动二极管发光,简单易懂。以下为报警电路图 4-13：图 4-13 发光二极管报警电路本设计采用光电报警电路。电路有 STC89C51 的一个 I/O 口（P1.7 ）作为输出口，接一个 NPN 三极管，根据三极管的开关特性，使 LED 发光二极管发光。发光二极管约需 10mA 的驱动电流，所以往往要在 P1 口加一个上拉电阻。报警电路具体工作状态为：P1.7 接三级管基极输入端。当 P1.7 为高电平“1”时，晶体管导通，发光二极管两端获得约+5V 电压而发光；当 P1.7 输出低电平“0”时，三极管截止，发光二极管不发光。 本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354554.6.2 声音报警在微机控制系统中，为了生产的安全，对于一些重要的参数或系统的部件，都设有紧急状态报警系统，以便提醒司机注意，或采取紧急措施。其方法就是把传感器采集的数据并进行数据处理、数字滤波，A/D 转换之后，与该参数上限定的数值进行比较，如果高于上限值，则进行报警，控制启动系统使汽车无法行驶。图 4-14 为一个简单的使用三极管驱动的峰鸣音报警电路：图 4-14 三极管驱动的峰鸣音报警电路本设计采用峰鸣音报警电路。峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器。电路有 STC89C51 的一个 I/O 口（ P1.6）作为输出口，接一个NPN 三极管，根据三极管的开关特性，使蜂鸣器工作。压电式蜂鸣器约需10mA 的驱动电流，所以往往要在 P1 口加一个上拉电阻。报警电路具体工作状态为：P1.6 接三级管基极输入端。当 P1.6 为高电平 “1”时，晶体管导通，蜂鸣器两端获得约+5V 电压而鸣叫；当 P1.6 输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。 本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354554.7 汽车制动控制电路电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点” ；处于接通状态的静触点称为“常闭触点” 。其五个触电如下图 4-15 所示。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 图 4-15 电磁式继电器本电路采用常闭继电器由单片机控制，当酒精浓度超过时，继电器开始工作且开关切断电源，从而使汽车制动，起到保护司机行驶安全的作用。其电路如图 4-16 所示。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455图 4-16 继电器控制电路本次设计是通过继电器来控制汽车的控制功能，7407 驱动芯片主要是为了增加单片机 I/O 口的驱动能力，光耦芯片是为了消除外界对单片机的干扰，起到保护单片机的作用。7407 为集电极开路输出的六组驱动器。TLP521-1 是一个光耦。光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离；光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏(三极) 管封装在一起。发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出；由于没有直接的电气连接；这样既耦合传输了信号；又有隔离干扰的作用。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED） ，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光 电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。4.8 系统总电路设计此次设计总电路包括：酒精浓度测试电路、信号放大电路、A/D 转换电路、单片机系统、控制电路、显示电路、语音报警电路及光电报警电路。其工作原理：采用 51 单片机为核心, 用酒精传感器采集酒精浓度信息，把酒精浓度信息转化为变化的电压值输入到小信号放大电路。再把放大的信号通过 A/D 转换来实现对信号的模数转换并送至单片机系统,最后通过传过来的数字信号来对汽车进行相应的语音报警、光电报警和汽车制动，其原理总图见附录 A本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455第五章 防酒后驾驶控制系统软件设计软件是单片机系统的灵魂，根据设计的要求，在本系统中主要有主程序、数据采集程序及处理模块和算法子程序等。5.1 软件整体设计思路软件部分根据系统功能进行模块化编程。实现酒精含量检测、酒精含量是否超标判别、酒精含量显示、声光报警等功能。系统初始化后，对酒精传感器进行加热，自动进入测量状态，然后采集酒精含量电压信号，与设定的精度浓度进行比较，如果高于这个浓度，则显示该浓度，并进行声光报警，同时切断点火电路，驾驶人员不能发动汽车；如果低于这个浓度，则显示所测的浓度，同时启动发动机。5.2 主程序模块的设计主程序实现的功能：与硬件相结合实现设计的各个功能。主要是检测酒精浓度、数模转换、数据处理、LED 显示、声光报警和控制汽车启动。见图 5-1。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455初始化调 A/D 转换子程序调数据处理子程序调 LED 显示子程序控制继电器关闭，点火，大于阀值？声光报警开始YN图 5-1 主程序流程图系统电源线接通或者系统复位后，程序从主程序入口进入运行。首先初始化，每次的初始化将上次存储的数据全部清除，用于存放当前要存储的数据。程序从数据存储器地址 20H 单元开始，到 80H 单元全部清零。用于存放当前要存储的数据。功能是驱动继电器动作从而控制电机的启动;数据采集程序主要将接收到的数据送到 A /D 转换器中处理, 进而将数字信号输入到单片机中。然后 ,一部分送去 LED 显示,另外一部分与设定值进行比较 ,当其超过标定值时,语音报警器提示驾驶员开车危险, 使其提高警惕性, 同时控制继电器的动作, 使汽车引擎不能启动。该系统设计采用汇编语言编程。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354555.2.1 显示子程序本次软件设计中显示芯片采用的是 HD7279，采用了译码方式 0 显示，其字形表需要和硬件连接来确定，指令码为 95H-97H，显缓区为 40H-42H 其程序名为 DTR。首先设置显缓区初值和显示命令字初值，再按照时序图使片选 P1.4有效并延时 50 s 再调发送字节子程序和发送显示指令，待发送完后再延时 25 s，经查表后得显示码，再调发送字节子程序发送显示码。等发送完后延时 8 s 并使片选无效，同时设置其它工作单元以备下一次发送。显示部分软件设计流程图如图 5-2 所示。图 5-2 显示部分流程图Y由 A 查表得字形码A调字节发送子程序使片选有效Clr p1.4延时 50s(R1)A调字节发送子程序延时 25s(R0) A开始置计数器初值03HR5置显缓区初值10HR0置命令字初值97HR1 使片选无效 Setb p1.4(R0)+1R0返回 RET延时 8s(R1)1R1(R5) 1R5(R5)=0?本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：19453