基于单片机的防酒后驾驶控制系统电路设计

基于单片机的防酒后驾驶控制系统电路设计摘 要 ：对 洒 后 驾 车 导 致 交 通 事 故 频 繁 发 生 的 现 象 ，设 计 了 一 种 能 够 防 止 酒 后 驾 驶 的 自 动 控 制 系 统 。该 系 统 由 酒 精 传 感 器 、A DC 0 8 0 9 转 换 器 、8 9 C 5 1 单 片 机 控 制 器 、语 音 报 警 、L ED 显 示 、 继 电 器 以 及 电 机 等 构 成 。主 要 研 究 了 对 不 同 的 区 间 浓 度 和 电 压 转 换 关 系 做 线 性 化 处 理 。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 ； 当 司 机 体 内 酒 精 浓 度 超 标 时 ,该 系 统 能 够 自 动 切 断 汽 车 启 动 系 统 电 源 ,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 。该 系 统 需 要 驾 车 者 在 汽 车 点 火 前 先 进 行 吹 气 测 试 ，如 果 测 试 结 果 超 过 安 全 水 平 ，汽 车 将 不 能 开 启 。 该 装 置 可 以 用 来 防 止 有 酒 后 驾 车 的 人 再 次 犯 错 。 关 键 词 ： 气 体 传 感 器 ， 模 数 转 换 ， 单 片 机B a sed on S C M pr eventin g d r u nk en d r iving con tr ol sy stemcir cu it d esig nA b s t r a c t : A i m e d a t th e i nc re a s i ng a c c i d e nts c a u s e d b y d ru n k dri v i ng ， a a nti d ru nk d ri v i ng c ontrol s y s te m i s de s i g ne d .T h e d e s i g n e d s y s te m i s c on s tru c te d w i th a l c oh ol s e ns o r, th e A DC 0 8 0 9 c o nv e rte r, th e8 9 C 5 1 M C U c o ntrol l e r, s p e e c h w a rni n g s y s te m , L ED, re l a y a n d the m o tor, e tc . T he c onv e rs i on b e tw e e n v ol ta g e a n d c o nc e n tra ti on i n d i ffe re n t ra n g e i s tre a te d a s l i n e a r re l a ti on s h i p. C o nv e rs i n g th e v o l ta g e s i g n a l th rou g h the A /D c o nv e rs i o n a t th e c ontrol o f th e s i ng l e -c hi p , o b ta i n i ng the d i g i ta l v ol ta g e s i g na l ; d i s p l a y i n g th e c onc e n tra ti on i n the d i g i ta l tu be d i s pl a y m od u l e . W h e n the a l c ohol te s ti ng re s u l t e x c e e d s th e s a fe l i m i t, p ow e r s u pp l y o f the s ta rti n g s y s te m w i l l b e c u t to s to p the c a r fro m s ta rt u p .T he d e s i g n e d s y s te m re q u i re s th e d ri v e r to ta k e a bre a th- te s t b e fo re th e i g n i ti o n c a n b e tu rne d o n a nd a c ti v a te s a l o c k i f the re s u l t i s a bov e a c e rta i n l e v e l . T h e d e v i c e i s s e e n a s a w a y to s to p p e op l e w h o ha v e b e e n c onv i c te d o f d ri v i ng u nd e r the i nfl u e nc e from o ffe nd i ng a g a i n .K e y w o r d s : Gas sensor, A /D conversion, S ing le-chip M icrocomputer目 录第 一 章 前 言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. 1 选题的依据及意义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. 2 国内外发展概况. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21. 3 本课题的主要研究内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3第 二 章 防 酒 后 驾 驶 控 制 系 统 组 成 及 工 作 原 理 . . . . . . . . . . . . . . . . 42. 1 系统设计要求与技术指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42. 2 系统组成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42. 3 系统功能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5第 三 章 防 酒 后 驾 驶 控 制 系 统 硬 件 电 路 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . 63. 1 酒精传感器测试电路的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63. 2 A/D转换电路的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73. 3 单片机最小系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 03. 4 显示电路的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 23. 4. 1 HD7279 介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 23. 4. 2 HD7279 连接. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 33. 5 报警电路的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 53. 5. 1 光电报警. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 53. 5. 2 声音报警 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 63. 6 汽车制动控制电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7第 四 章 防 酒 后 驾 驶 控 制 系 统 软 件 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 84. 1 软件整体设计思路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 84. 2 主程序模块的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 4. 2. 1 显示子程序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 4. 2. 2 控制子程序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 4. 2. 2 控制子程序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 34. 3 数据采集及处理模块 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 44. 4 算法子程序模块 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7第 五 章 系 统 软 件 调 试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 05. 1 显示模块的调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 05. 2 A/D转换模块的调试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 05. 3 报警模块、继电器控制子程序子程序的调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 05. 4 总体调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1第 六 章 总 结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 26. 1 完善功能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 26. 2 心得体会 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2致 谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3参 考 文 献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4附 录 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5附录 A 硬件电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5附录 B 程序清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7第一章 前言一、选题的依据及意义2 0 1 0 年 世 界 卫 生 组 织 的 事 故 调 查 显 示 ， 大 约 5 0 % 6 0 % 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 ；而 造 成 死 亡 的 事 故 中 5 0 % 以 上 都 与 酒 后 驾 车 有 关 ，酒 后 驾 车 的 危 害 触 目 惊 心 ，已 经 成 为 交 通 事 故 的 第 一 大 “杀 手 ”。酒 和 汽 车 永 远 是 一 对 矛 盾 体 ，酒 后 驾 车 ，醉 酒 失 事 的 报 道 每 天 在 全 国 的 电 视 网 络 报 纸 媒 体 中 重 复 ， “远 离 酒 后 驾 车 ， 珍 爱 生 命 ”类 似 的 公 益 广 告 、公 益 倡 导 同 样 时 时 刻 刻 出 现 在 公 众 视 野 ，而 事 实 却 是 人 们 难 以 避 免 更 难 以 杜 绝 每 时 每 刻 不 停 发 生 的 因 酒 后 驾 车 所 引 发 的 悲 剧 。受到酒精影响的司机通常会有如下特征：对信号灯反应慢；逆向行驶；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；开车速度极慢；突然转弯或违法转弯；天黑时不开前灯。据统 计，驾驶员酒后开车，其发生交通事故的比率为没有饮酒情况下的16倍。由日常 道路交通安全违法行为和交通肇事案例来看，机动车驾驶员酒后驾车约占38. 6%； 而摩托车交通肇事中，酒后驾驶的比例则高达72. 3%。根据调查表明，40%的酒后驾车者“过高地相信自己的驾驶技术”。这类 驾车者认为自己酒量大，开车技术过硬，总想用酒后驾车来“炫耀”自己的技术， 结果造成险象环生。27%的酒后驾车者的“安全意识不强” 。此外，酒后驾驶者往往存在“侥幸心理”，认为自己以前饮酒驾驶从来没 有出过事，也没有被抓过，而且也经常看到其他人酒后驾驶，于是便侥幸酒后驾 驶，造成惨剧。有了以上思想作怪，驾驶者往往把酒后开车不当回事，使酒后驾 驶屡禁不止。严打酒后驾驶，首先应该从健全法规和加强执行力两个方面入手，维护法 律的严肃性，而不是一时的所谓专项整治行动。处罚只是一个方面，减少酒后驾 驶，更应该重视教育、预防层面的工作。本 次 课 程 设 计 是 针 对 酒 后 驾 驶 的 控 制 系 统 ， 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 。 阻 止 司 机 酒 后 驾 驶 造 成 事 故 。二、国内外发展概况酒后驾车严重危害交通安全。为检查醉驾, 警察常常使用一种便携式的酒精 呼吸检测仪, 通过检测驾驶者呼出的气体判断驾驶者是否饮酒。这种方式比以往 的“走直线”、闻气味先进了很多。我国警方目前使用的酒精呼吸检测仪只能初 步显示驾驶员是否饮酒, 有醉驾嫌疑的驾驶员还需要接受血检, 以确定其 体 内 酒精含量是否超标。如何做到防范于未然？近年来，许多国家已开始逐步采用科技手段防止酒后 驾驶。青岛盛源达电子科技有限公司最新研究开发、投入生产的“汽车酒后控驾 防盗器”是国内新型高新技术。具有酒后报警控制驾驶和高级防盗双重功能，该 技术已申请国家专利。酒后控驾防盗器是一款汽车专用酒后安全驾驶的检测和预 防设备，同时具有高级防盗功能。在车辆上安装酒后控驾防盗器之后，驾驶人员 在车辆启动前需进行吹气检测，当呼出的气体中酒精浓度高于国家交通部门制定 的标准时，能及时断开点火电路和发出报警声，并用延时装置使驾驶人员能有机 会休息以便醒酒，能有效地防止酒后驾车，该设备不受同车饮酒人员的影响。若 从机动车上取下设备，即使有钥匙汽车也无法发动，为汽车增加了一层安全保险， 从而实现了防盗功能。本产品采用呼出气体酒精含量测试仪是专用于测试人体呼 出气体中酒精含量的仪器。本机敏感元件采用兆度电子先进的纳米半导体热线型 酒精传感器，具有极好的灵敏度和出色的重复性；测试程序由人工智能设计的微 电脑控制。经历 3 年多与英国合作成功地研制出当今世界第一具有国际领先水平的 “司机手指汗液酒精检测、指纹识别防作弊、防盗、防酒后驾车系统”该系统拥 有三防为一体，监控司机酒后驾车，拥有全部自主知识产权，申请了多项国内外 专利，成为中国第一家研制能在人体汗液中检测出酒精含量的检测仪。此产品的 问世能利用科技手段从源头上防止酒后驾车情况的发生，本产品属车载系统可实 现实时监控司机酒后驾车，指纹识别系统可有效防止司机酒后请人代为检测等作 弊行为。该套指纹式酒后禁驾系统由汗液酒精测试分析仪、指纹识别仪、脉搏监测仪构成。酒精钥匙 2007 年萨博在其新款的 9- 5 系列车型上，率先使用了 Al c oke y 酒 精钥匙技术，在车钥匙中集合了迷你型酒精监测装置，体积小于一般的手机，长80mm，宽 5mm。钥匙上有一个吹气口，在启动发动机前，必须向里面吹气，以监 测驾驶者酒精含量。如果检验出酒精含量不超标，钥匙亮起绿色指示灯，发动机 电脑即可启动；而如果酒精含量超标，发动机则会自动锁止而不能启动车辆。一些新的光学手段也可应用于对付醉驾。俄罗斯圣彼得堡一家激光公司发明 了激光酒精检测仪, 可对驾驶员是否饮酒进行远距离探测。检测时, 检测仪发射 一束激光透过挡风玻璃对车内空气进行检测, 如果空气中酒精含量超过百 万 分 之一, 仪器就会报警。还有一些更新锐的检测技术正在研究之中。比如, 英国布里斯托尔大学的研 究人员试图通过检测驾驶员眼睛的动作来识别是否醉驾。正常状态下, 驾驶员转 动方向盘时, 会提前 0185 s 左右将目光转向一边。而饮酒将明显缩短这个时间 差。2 小杯伏特加酒就会使时间差降到 015 s 以下, 4 小杯伏特加会完会消除这 一时间差。三、研究内容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第二章 防酒后驾驶控制系统组成及工作原理2 . 1 系 统 设 计 要 求 与 技 术 指 标本课题要求采用单片机程序设计方法对各路温度进行采集，数据进行数字控 制算法，输出控制信号，控制加热执行机构，同时显示各房间的温度。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；2 . 2 系 统 组 成本系统由硬件与软件两大部分组成，硬件电路组成分为以下几个部分：由酒 精浓度数据采集部分、单片机最小系统部分、7279 控制显示部分、声光报警部 分、控制继电器部分。其中酒精浓度数据采集部分包括有信号前端的转换、信号 放大和 A/D采样三个方面。其功能模块如图 2- 1 所示。酒 信精 号A传 放 /D转 感大换器 电 测 路 试控 制 电 路单 片 机 系 统显 示 电 路 语 音 报 警 电 路光 电 报 警 电 路图 2- 1 系统结构框图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。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。其模块框图如图 2-2 所示主模块声数显算存光据示法储报采模模模警集块块块模模块块图 2- 2 系统模块框图2 . 3 系 统 功 能本系统通过酒精传感器检测驾驶员呼出气体酒精浓度, 由于输出电压为毫 伏级的太小，为了提高测温灵敏度再经过放大电路使输出电压控制在 0V- 5V，再 将输出信号送人 A/D转换器进行模数转换，将采集的数据送入单片机。经过单片 机的逻辑判断处理, 根据驾驶员体内酒精浓度和标定值比较来控制继电器的动作, 进而控制汽车启动电机的工作。整个系统可以通过自动检测驾驶员体内的酒精浓 度来防止驾驶员酒后驾驶。第三章 防酒后驾驶控制系统的硬件设计硬件是整个系统正常工作的基础。本系统硬件电路主要由酒精传感器测试电 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，其各部分设计如下。3 . 1 酒 精 传 感 器 测 试 电 路 的 设 计MR5 1 3 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。MR5 1 3 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。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。当气敏传感器的敏感 体电阻阻值发生改变时，对应的电位器的分压值也会发生相应的变化，即一个电 压值对应着一个被测酒精气体浓度。对酒精气体浓度的采样就可以转化为对电位 器分压的采样。图 1MQ-3 气敏元件的结构和外形MR 酒精传感器对乙醇蒸气有很高的灵敏度和良好的选择性，具有快速的响 应恢复特性 ，具有长期的寿命和可靠的稳定性 ，具有简单的驱动回路等特点。 在采样硬件电路中实际要考虑到 MR 的实际技术参数，应为实验所用的 MR 在预热5 到 10 分钟后。传感器测试电路如图图 3- 1 传感器测试电路3 . 2 A/ D 转 换 电 路 的 设 计A/D转换器的功能主要是将输入的模拟信号转换成对应的数字信号。本次设 计要求对八路温度采集因此本次设计采用了 ADC0809，它由输入选择、8 位 ADC 和驱动这三个部分组成。输入选择部分用于选择模拟量输入 I N0I N7 之一，它 由“地址锁存和译码”及“8 通道多路转换模拟开关”组成，0809“输入选择” 部分的控制端是地址锁存允许输出端 OE，八位 ADC 是 0809 的核心部分，它由控 制逻辑、逐次逼近寄存器 SAR、开关树组，256R 电阻分压器和比较器组成。ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如图 1 所示。下面说明 各引脚功能。图 1ADC0809 芯片I N0I N7：8 路模拟量输入端。2- 12- 8：8 位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路。如 表 1 所示。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START：A/D转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC：A/D 转换结束信号，输出，当 A/D 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 A/D转换结束时，此端输入 一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZ。 REF（+）、REF（- ）：基准电压。 Vc c ：电源，单一+5V。GND：地。ADC0809 的工作过程是：首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次 逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正 在进行。直到 A/D转换完成，EOC 变为高电平，指示 A/D转换结束，结果数据已 存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平 时，输出三态门打开， 转换结果的数字量输出到数据总线上。当检测到酒精气味时，气体传感器的 A- B 间电阻变小，则 ADC0809 的模拟输 入端 I N0 的电压变大。采用查询方式对输入模拟信号进行 A/D转换，然后将数据 通过三位八段数码管 显 示 。ADC0809 芯片内部没有时钟脉冲源，可以用单片机提供的地址锁存控制输入 信号 ALE 经 D触发器二分频后，作为 ADC0809 的时钟输入。ALE 端信号的频率是 单片机时钟频率的 1/6。单片机的时钟频率是 11. 0952MHz ，则 ALE 端输出信号的 频率为 1. 8492MHz ，再二分频后为 0. 9246Hz ，符合 ADC0809 对时钟频率的要求。 由于 ADC0809 具有三态输出数据琐存器，其 8 位数据输出端可以直接与数据总线 相连。地址选通端 ADDA，ADDB，ADDC 分别与单片机地址总线的低三位 A0，A1， A2 相连，用于选通 I N0- I N7 中的某一通道。由于 ALE 和 START 连在一起，ADC0809 在锁存通道地址的同时启动 A/D 转换。在读取 A/D 转换结果时，OE 产生的正脉 冲信号用于打开三态输出锁存器。ADC0809 的 EOC 信号与单片机的 P1. 5 相连， 作为 A/D转换是否结束的状态信号供单片机查询。根据测量系统要求的不同以及CPU忙闲程度，通常可以采用程序查询方式、延时方式和中断采样方式。本系统采用的是程序查询方式。EOC接单片机的引脚 P1. 5，EOC引脚功能：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结 束时为高电平。所以只要P1. 5为高电平时转换结束。A/D转换电路的设计如下图 所示图 3- 2 ADC0809 转换电路3 . 3 单 片 机 最 小 系 统单片机最小系统它含有 256 字节数据存储器，内置 8KB 的电可擦除 FLASH ROM，可重复编程，主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。对 于 时钟 电路 : 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成自激 振荡器。如图 3- 3 所示，石英晶体及电容 C1 和 C2 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 C1 和 C2，电容的另一端接地。对于外接电容 C1 和 C2 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。根据技术 资料的推荐，使用石英晶体推荐电容容量为 30pF10pF，使用陶瓷谐振器推荐 电容容量为 40pF10pF。因为电路中接的是石英晶体，所以设计中接的两个电容 C1 和 C2 的容量都为 33pF。图 3- 3 时钟电路对于复位电路部分，STC89S51 技术资料给出，当振荡器工作时，RST 引脚 出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。复位是单片机的初始化操作， 当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，可以按 复位键以重新启动，所以复位电路的设计很有必要。复位操作有上电自动复位、 按键电平复位和外部脉冲复位三种方式，本设计选用按键电平复位方式。如图 7 所示，10 F 的电容 C3 与 270 的电阻并联后再与一个 10K 的电阻串联，电 容的正极端接到电源的正极，电容的另一端接至引脚 RST。设计中选用的石英晶 体大小为 11. 0952MHz , 但复位键按下后，电容和电阻选用的参数值能够保证给复 位端 RST 提供大于 2 个机器周期的高电平复位信号。图 3- 4 复位电路3 . 4 显 示 电 路 的 设 计3 . 4 . 1 HD7 2 7 9 介 绍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只独立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，而且具有2种译码方 式。HD7279还具有多种控制指令，如左移( A1H) 、右移( A0H) 、消隐( 98H) 、闪烁 ( 88H) 、段寻址等。D7D6D5D4D3D2D1D0DPXXXd 3d 2d 1d 01 、 下 载 数 据 且 按 方 式 0 译 码D7D6D5D4D3D2D1D010000a 2a 1a 0X=无影响命令由二个字节组成，前半部分为指令，其中a 2 ，a 1，a 0为位地址，具体 分配如下：表 1a 2a 1a 0显 示 位00010012010301141005101611071118d0d3为数据，收到此指令时，HD7279( A) 按以下规则( 译码方式0) 进行译码，如下表：表2十 六 进 制d 3d 2d 1d 07 段 显 示0 0 H000000 1 H000110 2 H001020 3 H001130 4 H010040 5 H010150 6 H011060 7 H011170 8 H100080 9 H100190 A H1010-0 B H1011E0 C H1100H0 DH1101L0 EH1110P0 F H1111空 ( 无 显 示 )小数点的显示由DP位控制，DP=1时，小数点显示，DP=0时，小数点不显示。3 . 4 . 2 HD7 2 7 9 连 接串 行 接 口HD7279采用串行方式与微处理器通讯， 串行数据从DATA引脚送入芯片，并 由CLK端同步。当片选信号变为低电平后，DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿 被写入HD7279的缓冲寄存器。HD7279的指令结构有三种类型：1、不带数据的纯指令，指令的宽度为8个BI T， 即微处理器需发送8个CLK脉冲。2、带有数据的指令，宽度为16个BI T，即微处理 器需发送16个CLK脉冲。3、读取键盘数据指令，宽度为16个BI T，前8个为微处理 器发送到HD7279 的指令 ，后8 个BI T为HD7279 返 回的键盘代 码。执行此 指令时， HD7279的DATA端在第9个CLK脉冲的上升沿变为输出状态，并与第16个脉冲的下降 沿恢复为输入状态，等待接收下一个指令。串行接口的时序如下图：1 、 纯 指 令C SC L KT 1T 3T 2D A T A2 、 带 数 据 指 令C ST 4C L KD A T A8 位 指 令 ( 高 位 在 前 )8 位 数 据 ( 高 位 在 前 )HD7279 与单片机的连接需 4 根接口线，片选线 CS, 串行时钟线 CLK, 串行数 据线 DATA, 盘申请线 KEY，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， 当向 HD7279A 发送数据时，DATA 为输入端；当 HD7279A 输出键盘代码时，DATA 为输出端。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，在无键按下时为高电平；而有键按下时此引脚变为低电 平并且一直保持到键释放为止。分别与单片机的 P1. 1 到 P1. 4 连接。HD7279 电 路如图 4- 4 所示。图 3- 4 7279 显示模块3 . 5 报 警 电 路 的 设 计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。3 . 5 . 1 光 电 报 警本系统采用单片机引脚 P1. 7 直接接光电报警电路，正常情况下，三极管不 导通，报警电路不通。当接到检测底电平信号，及酒精浓度值大于标定值时，三 极管导通驱动光电报警电路，二极管发光。其电路图如下：图 3- 5 光电报警电路3 . 5 . 2 声 音 报 警报警模块单独采用了蜂鸣器作为声音报警装置，提醒使用人员当前的气体浓 度已经超过了警戒线，应该立即停止工作，进行相应的处理，避免危险发生。可 以有效地提醒工作人员身边的工作环境，帮助工作人员提高安全警惕。在报警模 块的电路中当 P1. 6 口的电平是低电平时候，三极管截止；当 P1. 6 口电平为高时 候，三极管导通，蜂鸣器产生报警声音。其电路图如下：图 4- 6 声音报警电路3 . 6 汽 车 制 动 控 制 电 路电磁式继电器具有结构简单、工作可靠、坚固耐用、价格便宜等优点应用极其广泛，它是最为典型和常用的继电器。本电路采用常闭继电器由单片机控制，当酒精浓度值大于标定值时，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。图 3- 7 控制继电器电路第四章 防酒后驾驶控制系统软件设计系统软件采用汇编语言，在 Wi ndows XP 环境下采用 Ke i l c 51 进行编写，对 STC89C51 进行编程以实现各项功能。在整个软件的设计过程中，使用了模块化 的结构设计思想使得程序具有灵活可变的特点并且具有较强的可移植性，为系统 的二次开发及类似系统的开发提供了极大的便利。4 . 1 软 件 整 体 设 计 思 路本次设计涉及到的程序量非常大，所以采用模块式的程序编写思路会使整个 程序脉络清晰，易于理解分析。软件总体设计思路：主程序主要包括传感器输入、 数据采集、数据处理、声光报警、驱动等子程序。其中, 单片机控制器主要功能 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。4 . 2 主 程 序 模 块 的 设 计系统电源线接通或