便携式酒精测试仪设计

摘要近年来，随着我国经济的发展，人民的生活水平提高，越来越多的人有了自己的私家车,而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。机动车驾驶人员“酒后驾车”极易发生道路交通事故，严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。人饮酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经过血液循环，约有90%的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气中的酒精含量，就可判断其醉酒程度。本设计实现了对不同浓度酒精的检测和显示，通过适当改进可以用于检测酒后驾车。本文用AT89S51单片机及MQ-3型气体传感器实现了对酒精浓度的测量,并对测量数据进行显示，同时利用二极管简单显示浓度的高低,在设计允许值时发出报警。关键词:传感器;酒精探测仪;单片机;模-数转换I/64AbstractInrecentyears,asChinaseconomicdevelopment,peopleslivingstandardsimprove,moreandmorepeoplehavetheirownprivatecarsandtrafficaccidentscausedbydrunkdrivingisalsofrequent.Driverdrivesveryeasytohappentrafficaccidentafterdrinkingwhichendangertrafficsafetyandpeoplesafetyoflifeandpropertyseriously.Afterpeopledrink,thealcoholisabsorbedbythehumanbodythroughthedigestivesystem,throughthebloodcirculation,nearlyithavedischargeexhalinglungalcoholof90%.Someasurethecontentofalcoholwhileexhaling,canjudgeitsdrunkdegree.Differentconcentrationsofalcoholsolutionaredetectedandshowedinthedesign.Thedesigncanbeusedtothedetectionofdrunkdrivingthroughimprovement.Inthisthesis,theconcentrationofalcoholcanbemeasuredanddisplayedbyusingthegassensorbasedonAT89S51MCUandMQ-3.AtthesametimetheconcentrationisdisplayedbyLED,andthesystemallowtoalarminthecertainvalue.Keywords:SensorAlcoholdetectorMicroControllerUnitAnalogtoDigitalConvert/64/64目录摘要IABSTRACTII1绪论7酒精测试仪设计的目的及意义7数据采集技术的原理8传感器基础知识8传感器的定义8传感器的分类9传感器的特性102酒精测试仪总体方案设计12酒精浓度检测仪设计要求分析12酒精浓度检测仪设计方案123酒精测试仪的硬件设计14单片机模块电路的设计14单片机片内结构14单片机的选择15单片机最小系统的实现18酒精传感器模块的选择及设计20气敏传感器工作原理204/64气敏传感器简介20气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展21传感器的选择22MQ-3的检测25酒精传感器的工作原理25传感器性能分析25呼出酒精气体浓度及血液酒精浓度关系27A/D转换电路29ADC0809的引脚及功能30ADC0809的结构及转换原理31ADC0809的工作原理33LED显示电路34键盘电路35报警电路364测试仪的软件设计38编程语言的选择38开发工具39单片机选择39开发环境40仿真器40主程序框图41数据采集子程序程序框图425/64报警子程序程序框图43结论45致谢35参考文献36附录376/641绪论酒精测试仪设计的目的及意义喝酒后，呼出的气体会有酒味，表情行为会有反常。远古时代人们利用鼻子作为传感器,进行简单的呼出气体酒精测量。19世纪末出现了用体液对酒精进行定量分析。1927年,有科学家建议使用呼出气体做酒精浓度分析。用足球胆收集呼出气体后，通过硫酸和重铭酸钾的混合溶液，溶液的颜色会发生蓝一绿一黄的变化，同已知酒精浓度的标准试剂色管比较，就得到相应的BAC。现在，肺泡气中酒精的测量技术有了很大的进步,有先进微处理器的酒精测试仪已被商品化。越来越多的国家开始禁止酒后驾车。精确的呼出气体酒精测试和传统的法医血液酒精分析相比有许多优点，例如,进行无毒的采样,能进行现场处理,这样为交警节省了时间，使交通控制更高效，能避免运输和贮存有艾滋病病毒和肝炎病毒的血样。本设计基于单片机设计的便携式酒精气体探测仪，可用来检测酒精气体浓度,最主要的用途是检测司机的酒精含量。酒后驾车发生事故的机率高达27%。随着摄入酒精量的增加,选择反应错误率显著增加,当血液中酒精含量由0.5%。增至1%。,发生车祸的可能性便增加5倍,如果增至1.5%。,可能性再增加6倍。机动车驾驶人员“酒后驾车”及“醉酒驾车”极易发生道路交通事故，严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。人饮酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经过血液循环，约有90%的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气中的酒精含量，就可判断其醉酒程度。开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气，仪器就能发上显示出酒精浓度的高低，从而判断该司机是否酒后驾车，避免事故的发生。当然,最好的办法是在车内安装这种测试仪,司机一进入车内检测仪就检测司机的酒精含量，如果超出允许值,系统控制引擎无法启动,这样就可从根本上解决酒后驾车问题。酒精气体浓度探测仪在生产生活中也有重要的应用，比如，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可随时检测车间内的酒精气体浓度,当酒精气体浓度高于允许限定值时,发出警报,提醒。7/64数据采集技术的原理“数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后,再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。从严格意义上说，数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。总之,不论在哪个应用领域中，数据的采集及处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。数据采集系统的任务，具体地说,就是传感器从被测对象获取有用信息,并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理,得出所需的数据。同时,将计算得到的数据进行显示、储存或打印,以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储及管理、数据处理、数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转换等工作。数据存储及管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外,就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来的物理量形式，以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。传感器基础知识传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。8/64传感器的分类目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：(1)按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。(2)按传感器工作原理分类,可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅热电偶等传感器。(3)按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量(“1”和“0”或“开”和“关”)的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。电阻应变式传感器传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。压阻式传感器压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化,电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视,尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。热电阻传感器热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及及温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为粕、铜、镍等,它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200°C~+500°C范围内的温度。9/64传感器的特性(1)传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量及输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标,把及其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。(2)传感器的动态特性所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应及它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。(3)传感器的线性度通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将及特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。(4)传感器的灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化Ay对输入量变化Ax的比值。它是输出-输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如,某位移传感器,在位移变化1mm时,输出电压变化为200mV,则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度,可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高,测量范围愈窄,稳定性也往往愈差。(5)传感器的分辨力分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说,如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传10/64感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时,其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示,则称为分辨率。（6）传感器的迟滞特性迟滞特性表征传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程之间输出-输入特性曲线不一致的程度，通常用这两条曲线之间的最大差值△MAX及满量程输出F-S的百分比表示,迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。11/642酒精测试仪总体方案设计2.1酒精浓度检测仪设计要求分析设计的酒精浓度测试仪应具有如下特点：(1)数据采集系统以单片机为控制核心,外围电路带有LED显示以及键盘响应电路，无需要其他计算机，用户就可以及之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。(2)系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。(3)从便携式的角度出发，系统成功使用了数码管显示器以及小键盘。由单片机系统控制键盘和LED显示来实现人机交互操作,界面友好。(4)软件设计简单易懂。2.2酒精浓度检测仪设计方案设计时,考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定,外部干扰小等。因此,可以直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外，还需接人LED显示,4*4键盘,报警电路等。其总体框图如图2-1所示。图2-1系统设计方框图12/64单片机酒精浓度测试仪用MQ3酒精传感器采集气体信号,并通过数模转换器将模拟信号转换成数字信号送至单片机，单片机对数字信号进行分析处理,并将所得的结果显示出来，可以通过键盘设置不同环境下酒精浓度的不同阀值,如果所检测出的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机就能控制蜂鸣器发出声音报警。键盘采用3个独立键盘进行数据输入设定;显示部分用5个数码管显示当前数据,数码管分别用2个74HC573锁存器控制段选和位选。13/643酒精测试仪的硬件设计单片机模块电路的设计本硬件由五部分组成：单片机模块,模数转换模块,酒精传感器模块,温度传感模块。本系统由单片机AT89S51控制,其直接控制三个模块:数转换模块将酒精传感器采集到模拟电压信号转换成输送到单片机控制处理，温度传感器DS18B20可以将采集到的温度信号直接以数字信号的形式传到单片机,LCD显示模块可以将经过单片机处理过的酒精气体浓度和温度的具体量化值显示。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）,随机存取数据存储器（RAM）,只读程序存储器（ROM）,输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器,串行通信口（SCI）,显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM）,模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。单片机片内结构51单片机的片内结构如图3-1所示。它把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。按功能划分，它有如下功能部件组成：（1）微处理器（CPU）。（2）数据存储器（RAM）。（3）程序存储器（ROM/EPROM）。（4）4个8位并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）。（5）一个串行口。（6）2个16位定时器、计数器。（7）中断系统。（8）特殊功能寄存器（SFR）。14/64

图3-1系统硬件设计原理图单片机的选择AT89S51是低功耗、高性能、采用CMOS工艺的8位单片机，其片内具有8KB的可在线编程的Flash存储器。该单片机采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存储器技术,及工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容;片内的Flash存储器可在线重新编程，或者使用通用的非易失性存储器编程；通用的8位CPU及在线可编程Flash集成在一块芯片上，从而使AT89S52功能更加完善，应用更加灵活；具有较高的性能价格比，使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。掌握MCS-51单片机，应首先了解MCS-51的引脚,熟悉并牢记各引脚的功能,MCS-51系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的。制作工艺为HMOS的MCS-51的单片机都采用40只引脚的双列直插封装方式,如图3-2所示。15/64

P1.0P1.1P1.2P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1(INT0)P3.2(INT1)P3.3T0P3.4T1_P3.5(WR)P3.6(RD)P3.7XTAL1XTAL2GND匚□Vcc匚□匚□P0.0(AD0)匚P0.1(AD1)□匚□P0.2(AD2)匚P0.3(AD3)□P0.4匚(AD4)□P0.5匚(AD5)□rP0.6(AD6)□P0.7(AD7)匚□EA/VPPALE/PROG□PSENL□P2.7(A15)□P2.6匚(A14)□P2.5匚(A13)□P2.4匚(A12)□P2.3(A11)□匚1P2.2(A10)匚P2.1(A9)P2.0(A8)PDIP图3-2AT89C51芯片管脚图40只引脚按其功能来分,可分为如下3类：(1)电源及时钟引脚:Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc接+5丫电源,Vss接地。时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体及片内的反相放大器构成了1个晶体振荡器,它为单片机提供了时钟控制信号。2个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器OXTAL1接外部的一个引脚。该引脚内部是一个反相放大器的输入端。这个反相放大器构成了片内振荡器。如果采用外接晶体振荡器时，此引脚接地oXTAL2接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。若采用外部时钟振荡器时，该引脚接受时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。(2)控制引脚:PSEN、ALE、EA、RESET(RST)o此类引脚提供控制信号,有的还具有复用功能。①RST/VPD引脚:RESET(RST)是复位信号输入端,高电平有效。当单片机运行时,在此引脚加上持续时间大于2个机器周期(24个振荡周期)的高电平时,就可以完成复位操作。在单片机工作时，此引脚应为W0.5V低电平oVPD为本引脚的第二功能，即备用电源的输入。当主电源发生故障，降低到某一规定值的低电平时,将+5V电源自动接入RST端,为内部RAM提供备用电源,以保证片内RAM的信息不丢失,从而使单片机在复位后能正常进行。16/64②ALE/PROG引脚:ALE引脚输出为地址锁存允许信号,当单片机上电正常工作后ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时,ALE输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。即使不访问外部锁存器,ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率的1/6oPROG为该引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端。③PSEN引脚:程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时,此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚接外部程序存储器的OE(输出允许端)。④EA/VPP引脚:EA功能为片内程序存储器选择控制端。当EA引脚为高电平时,单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH时,即超出片内程序存储器的4KB地址范围时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA引脚为低时,单片机只访问外部程序存储器,不论是否有内部程序存储器。(3)I/O口引脚:P0、P1、P2、P3,为四个8位I/O口的外部引脚」0口、P1口、P2nsP3口是3个8位准双向的I/O口，各口线在片内均有固定的上拉电阻。当这3个准双向I/O口作输入口使用时,要向该口先写1,另外准双向口I/O口无高阻的“浮空”状态。由于单片机具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点，所以本系统采用89C51单片机，硬件设计电路图如图1所示089C51内部有4KB的EPROM,128字节的RAM,所以一般都要根据所需存储容量的大小来扩展ROM和RAM。本电路EA接高电平,没有扩展片外ROM和RAM。MCS单片机都采用40引脚的双列直插封装方式。40条引脚说明如下：主电源引脚Vss和Vcc(1)Vss接地(2)Vcc正常操作时为+5伏电源外接晶振引脚XTAL1和XTAL2(1)XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端,是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。(2)XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时,此引脚接外部振荡源。控制或及其它电源复用引脚RST/VPD,ALE/和/Vpp(1)RST/VPD当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平(由低到高跳变)，将使单片机复位在Vcc掉电期间，此引脚可接下图8051引17/64脚排列图上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。ALE/正常操作时为ALE功能(允许地址锁存)提供把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE引脚以不变的频率(振荡器频率的)周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲,ALE端可以驱动(吸收或输出电流)八个LSTTL电路。对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚接收编程脉冲(功能)。(3)外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令(或数据)期间，在每个机器周期内两次有效，同样可以驱动八151口输入。(4)/Vpp、/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当/Vpp为高电平时,访问内部程序存储器，当/Vpp为低电平时,则访问外部程序存［储石器o对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间，此引脚上加21伏EPROM编程电源(Vpp)o输入/输出引脚P0.0-P0.7,P1.0-P1.7,P2.0-P2.7,P3.0-P3.7o(1)P0口(P0.0-P0.7)是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时,它是分时传送的低字节地址和数据总线,P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。(2)P1口(P1.0-P1.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。(3)P2口(P2.0-P2.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时,它输出高8位地址。P2口可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。(4)P3口(P3.0-P3.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。单片机最小系统的实现单片机主要擅长系统控制，而不适合做复杂的数据处理，在设计单片机最小系统时通常选用AT89C5l、AT89C52、AT89S51、AT89S52(S系列芯片支持ISP功能)等型号的8位DIP-40封装的单片机作为MCU,一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、键盘电路、显示电路部分组成，有时也外扩片外RAM和ROM以及外部扩展接口等电路。18/64系统时钟电路单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器,系统时钟电路结构如图2所示,可以根据情况选择6MHz、8MHz或12MHz等频率的石英晶体,补偿电容通常选择20-30pF左右的瓷片电容。复位电路单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。上电自动复位通过电容C3充电来实现。手动按键复位是通过按键将电阻R2及VCC接通来实现。键盘电路系统利用P1口的P1.0-P1.3设置了4个独立按键S2〜S5,当键按下时,P1口相应的引脚置为低电平，且及此键相连的发光二极管点亮。此外，通过8279键盘显示控制芯片还可以扩展编码键盘和显示,利用8279扩展的一个2X8=16键编码键盘及8个LED电路。显示电路系统设置了8个共阳极LED数码管LED1-LED2,单片机P0口提供段码信号,低电平有效,P0口输出端通过限流电阻R00〜R07及数码管的段码数据线相连,用来送出LED数码管的段码数据信号。单片机P2口提供位选信号,当P2口某位输出低电平时，及此相连的开关三极管导通，对应的数码管点亮,使用三极管用来增强信号的驱动能力。此外,为了扩展LCD显示,系统设置了两个LCD接口，如图7,一个用于40点矩阵LCD显示,一个用于128X64点19/64阵式LCD显示。酒精传感器模块的选择及设计气敏传感器工作原理气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应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（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其及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及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及计算机组成自动检测、控制和报警系统。半导体气敏传感器对于低浓度气体具有很高的灵敏度，具有嗅觉功能，能自动检测瓦斯浓度。一旦瓦斯超限,气敏传感器即可自动报警，然后采取先抽后采的原则，即可防止瓦斯爆炸事故的发生。半导体气敏传感器是利用待测气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和浓度的。当半导体器件被加热到稳定状态,在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处时，如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放电子，而形成正离子吸附。如H2、CO、碳氢化合物等,被称为还原型气体。当还原型气体吸附到N型半导体上时,载流子增多,使半导体电阻值下降。气敏传感器简介气敏传感器是酒精检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲气敏传感器是一种将某种气体的体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气敏传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。20/64目前普遍使用的气敏传感器有燃料电池型(电化学型)和半导体型两种。他们能够制造便携型呼气酒精浓度测试器，适合于现场使用。及半导体传感器相比,燃料电池酒精传感器具有稳定性好、精度高、抗干扰性好等优点。由于燃料电池酒精传感器的结构要求很精密，制造难度大，目前世界上只有美国、德国、英国等少数几个国家能够生产。本测试器采用MQK2酒精浓度传感器，检测人体呼出气体中酒精浓度并且输出电压信号。MQK2酒精浓度传感器主要由气敏元件和电阻丝组成，MQK2传感器外接+5丫电压时,能将电阻丝加热到270℃〜300℃。，电路将MQK2传感器的阻值变化转化成输出电压的变化,从而可以通过A/D转换成数字量供单片机处理。根据分析，乙醇浓度增加时元件电阻R减小反之异亦反,所以呼出气体中的气态乙醇逐渐扩散后元件电阻R敏感的变化。在应用方面，目前最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控,从工厂企业到居民家庭,应用十分广泛。一是气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展国外气体传感器发展很快。二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功能化,发展MEMS技术,发展现场适用的变送器和智能型传感器。气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外气体传感器技术得到了较快发展，据有关统计猜测,美国1996年一2002年气体传感器年均增长率为(27〜30)%。目前,气体传感器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能,降低功耗和成本,缩小尺寸,简化电路,及应用整机相结合,这也是气体传感器一直追求的目标。如日本费加罗公司推出了检测(0.1〜10)X10-6硫化氢低功耗气体传感器，美国1ST提供了寿命达10年以上的气体传感器，美国FirstAlert公司推出了生物模拟型(光化反应型)低功耗CO气体传感器等。二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功能化,发展MEMS技术,发展现场适用的变送器和智能型传感器。如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化;还有前已涉及的美国1ST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化。21/64传感器的选择传感器千差万别，即便对于相同种类的测定量也可采用不同工作原理的传感器,因此,要根据需要选用最适宜的传感器。(1)测量条件如果误选传感器,就会降低系统的可靠性。为此,要从系统总体考虑，明确使用的目的以及采用传感器的必要性，绝对不要采用不适宜的传感器及不必要的传感器。测量条件列举如下，即测量目的，测量量的选定，测量的范围,输入信号的带宽，要求的精度,测量所需要的时间，过输入发生的频繁程度。(2)传感器的性能选用传感器时，要考虑传感器的下述性能，即精度，稳定性，响应速度，模拟信号或者数字信号，输出量及其电平,被测对象特性的影响，校准周期，过输人保护。(3)传感器的使用条件传感器的使用条件即为设置的场所，环境(湿度、温度、振动等)，测量的时间,及显示器之间的信号传输距离,及外设的连接方式,供电电源容量。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。由于我国管道煤气中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,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：22/64(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,及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河南汉威电子有限公司的MQ-3型，它属于MQ系列气敏元件的一种。如图3-3所示：图3-3MQ-3外形特点:检测范围为10Ppm〜2000Ppm;灵敏度高,输出信号为伏特级;响应速度快，小于10秒;功耗小于0.75W,尺寸:D17*H10。MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物(二氧化锡)的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的,所以能重复使用。本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度，再转换为血液中的酒精含量浓度,故采用气敏传感器。考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选用MQ-3型气敏传感器。其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ-3型气敏传感器由微型Al2O3,陶瓷管和SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路,其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表面电阻RS的变化,是通过及其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。负载电阻RL可调为0.5-200K。加热电压Uh为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V0MQ-3型气敏传感器的结构和外形、标准回路、传感器阻值变化率及酒精浓度、外界温度的关系图如图3-4所示。23/64

MQ-3的灵敏度特性曲线如图3-5所示:灵敏度特性曲线10011IQ-3—1 1 —1— 1—l_1k___L111LLV二 i%一J. -JLJ,1■11 —J———-_--,—.1—.一■^>-_出一一一.—♦—H1cnhul10-UJ-'t!IL-iLJ-ILt—GH4----Fu.L 1£——米一tpr1■ .—「口O——_n―---L--1Air四1-----1—.--J一一一・一--H1L---— L--■L■_---k_*-0.10.卜11mg/l10图3-5灵敏度特性曲线24/643.2.5MQ-3的检测如图3-6所示,当电源开关S断开时，传感器加热电流为零,实测A,B之间电阻＞20M欧。S接通,则f,f之间电流由开始时155mA降至153mA而稳定。加热开始几秒钟后A,B之间电阻迅速下降至1M欧以下,然后又逐渐上升至20M欧以上后并保持着。此时如果将内盛酒精棉花的小瓶瓶口靠近传感器，我们立即可以看到数字万用表显示值马上由原来大于20M欧降至1M欧以下。移开小瓶过15-40s后,A,B之间电阻恢复至大于20M欧。这种反应可以重复试验，但要注意使空气恢复到洁净状态。酒精传感器的工作原理传感器性能分析QM3气体传感器的敏感材料是金属氧化物，最具代表性的是SnO2。金属氧化物晶体如SnO2在空气中被加热到一定高的温度时，氧被吸附在的带一个负电荷的晶体表面。然后，晶体表面的供及电子被转移到吸附的氧上，结果在一个空间电荷层留下正电荷。这样,表面势能形成一个势垒，从而阻碍电子流动。在传感器的内部，电流流过SnO2微晶的结合部位（晶粒边界）。在晶粒边界,吸附的氧形成一个势垒阻止载流子自由移动，传感器的电阻即缘于这种势垒。还原性气体出现时，带有负电荷的氧的表面浓度降低，导致晶粒边界25/64的势垒降低。降低了的势垒使传感器的阻值减小了。传感器阻值和还原性气体浓度之间的关系可由下面的一定范围气体浓度方程表示:Rs=A[C]-a这里:Rs二传感器电阻A二常数[C]=气体浓度a=Rs曲线的斜率费加罗气体传感器的气敏素子,使用在清洁空气中电导率低的SnO2。当存在检知对象气体时，传感器的电导率随空气中气体浓度增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为及该气体浓度相对应的输出信号。TGS822传感器对酒精、有机溶剂灵敏度高，在酒精检测器等方面得到广泛使用。相同特性的TGS823，采用了陶瓷底座，可以在200℃的高温气氛中使用。表3-1QM3性能参数一览表型号素子类型QM38系列标准封装对象气体塑料、5^双重金属网酒精、有机溶剂检测范围50—5000Ppm标准回路条件标准试验条件下的电学特性加热器电压VH5.0+0.2VDC/AC回路电压VCMAX24VPsW15mw负载电压加热器电压RLRH可变PsW15mw38+3.0W (室温)加热器功率PH660+50mw VH=5.0V传感器电阻RS300Ppm乙醇中1T0kW灵敏度（Rs的变化率）0.4+0.1Rs(EtOH:300ppm)Rs(EtOH:50ppm)标准试验试验气体条件20+2℃,65+5%RH26/64

条件回路条件VC=10.0+0.1VDC/ACVH=5.0+0.05VDC/AC预热条件七天以上下图3-7中纵坐标也以传感器电阻比(Rs/Ro)表示,这里的Rs,Ro定义

如下：Rs=含300Ppm乙醇、各种温/湿度下的电阻值Ro=含300Ppm乙醇、20℃65%R.H.下的电阻值呼出酒精气体浓度及血液酒精浓度关系表3-2血液及呼气酒精含量换算一览表呼出气体中酒精呼出气体中酒精 血液中酒精序号 _浓度mg/L 浓度10-6 浓度mg/100mL27/64

10.022711.85520.045423.691030.068135.531540.090947.432050.113659.282560.136371.133070.159183.023580.181894.864090.2045106.7145100.2272118.5650110.2500130.4555120.2727141.2660130.2954154.1565140.3181166.0070150.3409177.8975160.3636189.7280170.3863201.1585180.4091213.4390190.4318225.3395200.4515237.12100210.6618355.6815028/64

220.9091474.24200220.9091474.24200车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或等于80mg/100ml的驾驶行为由表3-3血液酒精含量临界值可以进行定量的分析车辆驾驶人员酒后驾驶后血液中的酒精浓度，进而对于该司机的酒驾行为类别进行定性，如血液酒精浓度低于20mg/100ml,则认为是饮酒驾驶,可以对其酌情处理;如若血液酒精浓度超过了20mg/100ml且低于80mg/100ml,则认为是醉酒驾驶,应按照国家交通法规对其处理。表3-3血液酒精含量临界值一览表行为类别对象临界值(mg/100ml)饮酒驾驶车辆驾驶人员20醉酒驾驶车辆驾驶人员80A/D转换电路在单片机应用系统中，被测量对象的有关变化量，如温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。模数转换电路的功能是将连续变化的模拟量转换为离散的数字量，是架起模拟系统跟数字系统之间连接的桥梁。对于本系统而言，就是用于快速、高精度地对输入的酒精浓度信号进行采样编码，将其转换成单片机所能够处理的数字量。模数转换电路是本系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个系统的质量。根据A/D转换器的工作原理可将A/D转换器分成两大类：一类是直接型人/D转换器；另一类是间接型人/D转换器。在直接型人/D转换器中，输入的模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量。在间接型A/D转换器中，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等等），然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。实现模拟量转换成数字量的器件称为A/D转换器（ADC）。29/64

A/D转换器大致分有三类：一是双积分A/D转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近型A/D转换器，精度、速度、价格适中;三是E-4A/D转换器。该设计中选用的是ADC0809属第二类，是8位A/D转换器。0809具有8路模拟信号输入端口，地址线(23-25脚)可决定那一路模拟信号进行A/D转换。22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时,对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2us的高电平脉冲时，就开始A/D转换。7引脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时,7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许端，当OE脚为高电平时,A/D转换数据输出。10脚为0809的时钟输入端。ADC0809的引脚及功能逐次比较型A/D转换器在精度、速度、和价格上都适中，是最常用的A/D转换器件。芯片采用的是ADC0809,以下介绍ADC0809的引脚及功能。芯片如图3-7所示。IN3工IN4~~28]LN2

匚EN1LNOE口匚D32356IN3工IN4~~28]LN2

匚EN1LNOE口匚D32356□ECLKV(=c-1608832726242322AEECALE口7D6D5D44Vr-Ef|-124Vr-Ef|-12GND[TTDI近JU~TS~I酉DO-Vr-e-fzD2图3-7ADC0809的引脚ADC0809是一种逐次比较式8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。由图可见,ADC0809共有28个引脚,采用双列直插式封装。主要引脚功能如下：(1)IN0-IN7是8路模拟信号输入端。30/64(2)D0-D7是8位数字量输入端。(3)A、B、C及ALE控制8路模拟通道的切换,A、B、C分别及3根地址线或数据线相连,3位编码对应8个通道地址端口。需要注意的是:ADC0809虽然有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，但每个瞬间只能换1路,共用一个A/D转换器进行转换,各路之间的切换由软件改变C、A、B引脚上的代码来实现。地址锁存及译码电路完成对A、B、C3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接及系统数据总线相连，图3-8为通道选择表。CA被选择的通道□00工凡00L巩010工笃□11工叫100工『101工凡110工凡11LIII.图3-8通道选择表(4)OE、START、CLK为控制信号端,OE为输出允许端,START为启动信号输入端,CLK为时钟信号输入端。(5)Vr(+)和VR(-)为参考电压输入端。ADC0809的结构及转换原理ADC0809的结构框图如图3-60ADC0809采用逐次比较的方法完成A/D转换的，由单一的+5V电源供电。片内有锁存功能的8路选1的模拟开关，由C、B、A引脚的功能来决定所选的通道。0809完成一次转换需100us左右,输出具有TTL三态锁存缓冲器,可直接连接到MCS-51的数据总线上。通过适当的外接电路,0809可对0-5V的模拟信号进行转换。主要特性31/64(1)8路8位A/D转换器,即分辨率8位。(2)具有转换起停控制端。(3)转换时间为100HS。(4)单个+5V电源供电。(5)模拟输入电压范围0〜+5V,不需零点和满刻度校准。(6)工作温度范围为-40〜+85摄氏度。(7)低功耗，约15mW。内部结构ADC0809由4部分逻辑结构构成。ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,它由8路模拟开关、地址锁存及译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此,ADC0809可处理8路模拟量输入,且有三态输出能力，既可及各种微处理器相连,也可单独工作。输入输出及TTL兼容。外部特性(引脚功能)ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,下面说明各引脚功能。IN0〜IN7:8路模拟量输入端。2-1〜2-8:8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。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。Vcc:电源，单〜+5V。GND:地。如图3-9所示。32/64

STARTCLKIN7INOCBAALEEOCDOSTARTCLKIN7INOCBAALEEOCDOID7VccGXDVr")V虱一) OE图3-9ADC0809的结构框图ADC0809的工作原理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。ADC0809及单片机8051的硬件接口方式有:查询方式，中断方式和等待延时方式。采用中断方式不浪费CPU的等待时间,但如果A/D转换时间较短,也可以用程序查询方式和等待延时方式。本系统采用查询方式。ADC0809芯片内部没有时钟脉冲源,可以用单片机8051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"1£端信号的频率是8051单片机时钟频率的1/6。如果单片机的时钟频率是6MHz,33/64则ALE端输出信号的频率为1MHz,再二分频后为500kHz,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及数据总线相连。地址选通端ADDA,ADDB,ADDC分别及8051地址总线的低三位A0,A1,A2相连，用于选通IN0-IN7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信号及8051的P2.3相连,作为A/D转换是否结束的状态信号供8051查询。LED显示电路LED显示有静态显示和动态显示两种显示方式。本设计使用并行输入硬件译码静态显示电路，静态显示电路中，各位可独立显示，只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示字符。电路中采用了锁存译码器MC14495将P1口低4位输出的BCD码译成七段字型码,利用P1口高四位做为各锁存译码器的所存信号,实现稳定显示。LED使用的是共阴极7段数码管。数码管显示电路如3-10所示。34/64

DPTNE心aoGxTTO13;56nP1P1PLPLPLPLP1①DPTNE心aoGxTTO13;56nP1P1PLPLPLPLP1①图3-10数码管显示电路键盘电路键盘有两种工作方式:编码式键盘和非编码式键盘。处理方式有扫描法和线反转法。本设计采用的是非编码键盘，并利用扫描法处理按键，消抖由软件实现。35/643.4.6报警电路报警电路图3-12:36/6437/644测试仪的软件设计编程语言的选择对于8051单片机,现有四种语言支持,即汇编、PL/M、C和BASIC。(1)BASIC通常附在PC机上,是初学编程的第一种语言。一个新变量名定义后可在程序中做变量使用，非常易学,根据解释的行可以找到错误而不是当程序执行完才能出来oBASIC由于逐行解释自然很慢，每一行必须在执行时转换成机器代码,需要花费许多时间,不能做到实时性。BASIC为简化使用变量,所有变量都用浮点值。2+2这样简单的运算完全是浮点算术操作,因而程序复杂且执行时间长。即使是编译BASIC,也不能解决此浮点运算问题。8052单片机片内固化有解释BASIC语言,BASIC适用于要求编程简单而对编程效率或运行速度要求不高的场合。(2)PL/M是lntel从8080微处理器开始为其系列产品开发的编程语言。它很像PASCAL,是一种结构化语言，但它使用关键字去定义结构。PL/M编译器像好的汇编器一样可产生紧凑代码。PL/M总的来说是高级汇编语言,可详细控制着代码生成。但对8051系列,PL/M不支持复杂的算术运算、浮点变量,也无丰富的库函数支持。学习PL/M无异于学习一种新语言。(3)C是一种源于编写UNIX操作系统的语言,它是一种结构化语言,可产生紧凑代码。C结构是以括号｛｝而不是字和特殊符号的语言。C可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。及汇编相比,有如下优点：对单片机指令系统不要求了解,仅要求对8051的存贮器结构有初步了解；寄存器分配、不同存贮器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构,可分为不同的函数,这种方式可使程序结构化；具有将可变的选择及特殊操作组合在一起能力，改善了程序的可读性；关键字及运算函数可用近似人的思维过程方式使用；编程及程序高度调试时间显著缩短,从而提高效率；提供的库包含许多标准子程序,具有较强的数据处理能力；已编好程序可容易地植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术38/64C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持工语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不作修改就可根据单片机的不同较快地移植过来。（4）8051汇编语言非常像其它汇编语言，指令系统比第一代微处理器要强一些。8051的不同存贮器区域使得其复杂一些。尽管懂汇编语言不是你的目的，但看懂一些可帮助你了解影响任何语言效率的8051特殊限定。例如,懂得汇编语言指令就可使用在片RAM做变量的优势，因为片外变量需要几条指令才能设置累加器和数据指针进行存取。要求使用浮点和启用函数时只有具备汇编程经验才能避免生成庞大的、效率低的程序,这需要考虑简单的算术运算或先算好的查表法。最好的单片机编程者应是由汇编转用C而不是原来用过标准C语言的人。从实用性和语言的熟悉程度考虑,选用汇编语言编制主要程序，用C语言辅助设计。开发工具单片机选择单片机是把CPU、内存及I/O压缩在同一块芯片上,再外加一些电子元件便可以构成一套简易的控制系统。如此一来可以降低硬件成本，由于单片机芯片设计及制造技术的限制，在面积有限的芯片上无法设计出太大的内存空间，因此单片机上ROM及RAM的容量都比较小,不过却也加入了位输入输出控制,计时计数器及外部中断的控制功能，有些单片机还有串行传输的接口，甚至还提供有A/D（模拟至数字转换）及D/A（数字至模拟转换）的接口，真可谓麻雀虽小五脏俱全。8051单片机是INTEL公司在8048的基础上,对其功能加以改进所开发出来的8位单片机,表4-1是8048及8051硬件功能的比较表。从表中可以看出8051在功能上比8048强很多,程序代码（存于外部ROM中）的设计空间如同传统8位的单片机，像Z80、6502CPU等,寻址至64K字节的范围,更甚者,其随机存储器（存于外部RAM中）可额外再寻址64K字节,这是8051特别优异的一点,加上I/O控制端口、中断功能、定时器及串行接口，使得在一块8051芯片上外加少许外接元件便可组成一个完整的单片机控制系统。表4-1列出了8051系列的成员：其中8751H有可擦除可编程只读存储39/64器(EPROM),可以存放程序代码，同时具有程序保密的特性，可以防止程序代码被任意地拷贝，只是价格较贵。电路构成类型如为CMOS则耗电较低，而8031及8051的差别在于8031内部本身没有可存放程序代码的存储空间(没有内部ROM的型态)，因此程序代码必须由外部提供并外加EPROM。8051主要功能列举如下：为一般控制应用的8位单片机；芯片内部有时钟振荡器(传统最高工作频率可达12MHZ);内部只读存储器(ROM)为4K字节；内部随机存储器(RAM)为128字节；外部只读存储器可扩充至64K字节；外部随机存储器可扩充至64K字节；32条双向输入输出线,且每条均可以单独做I/O的控制；5个中断向量源；2组独立的16位定时器；1个全双工串行通信端口：8751及8752单片机具有数据保密的功能；单片机提供位逻辑运算指令。本次设计选用的是低耗的80C51单片机。开发环境本设计选用的开发平台为MedWin单片机集成开发环境,只需在PC机上安装MedWin软件,即可配合仿真器进行模拟仿真,使用十分方便。仿真器目前，单片机因其诸多特点，在各行各业中得到了广泛的应用。单片机本身只是一个电子器件，只有和其它器件、设备有机地组合在一起，并配置适当的工作程序(软件)后，才能构成一个单片机的应用系统。因此,单片机的开发包括硬件和软件两个部分。单片机本身没有自开发功能，必须借助于40/64开发工具。近年来，随着个人计算机系统的不断普及，国内外推出了不少以PC机为基础的单片机开发系统;而软件模拟仿真器是一种新型的开发方法。这种方法是在PC机上,用软件来实现仿真，并配置一系列相关的服务程序，使用时，只要在PC机上运行该软件包，就可以对目标码程序进行调试。对于那些只是用到单片机内部资源的设计来说，可以在软件仿真器内完成仿真工作。而单片机软件的设计总要和外部事件打交道，比如响应外部中断，检测某一引脚上输入信号电平的高低，完成A/D转换等；同时某些情况下，还要根据外部信号输出不同的控制信号。如果使用硬件仿真系统或在线调试器时，已有一个实实在在的硬件环境，在调试时,可以利用目标系统提供给单片机各种信号的输入，以便测试单片机的实际运行情况。如果使用软件仿真器，没有任何硬件环境可以给出这些外部信号，所以外部信号的输入是面临的一个难题;此外单片机常常需要和其它常用器件有机地组合在一起使用，如A/D芯片、液晶显示板等，如何仿真这些常用器件的功能，也是面临的一个难题。本设计选用的仿真器是SE-52P单片机仿真开发系统。主程序框图主程序流程图如下图4-1所示。41/64

图4-1主程序框图数据采集子程序程序框图A/D转换子程序流程图如下图3-2所示。ADC0809初始化后,把0通道输入的0-5V的模拟信号转换为对应的数字量OOH-FFH,然后将对应数值存储到内存单元。程序框图如图4-2所示。42/64图4-2数据采集子程序框图报警子程序程序框图系统设定阈值并保存在以50H开始的3个单元,为了便于比较和显示,阈值的千位放入50H中，百位和十位放入5lH,个位放人52H中。报警电路分为蜂鸣器报警电路和LED发光报警电路组成。当输入端P3.5为低电平时,有电流通过蜂鸣器,蜂鸣器发出声音报警。而当输入端为高电平时不报警。报警子程序执行之前,将报警阈值转换为压缩的BCD码并存放在两个存储单元中。传感器输入值人/口转换后,调用比较程序,经过数据处理后显示的测量值及阈值比较，小于阈值则继续执行显示程序。若大于阈值则将单片机的P3.5口清零进行声光报警。40H、4lH、42H单元存放A/D转换后,并进行十进制转换后的结果。40H和50H分别存放的是处理后的测量值及阈值的千位的压缩BCD码,41H和51H分别存放的是处理后的测量值及阈值的百位、十位压缩的BCD码,42H和52H分别存放的是处理后的测量值及阈值的个位的压缩BCD码。程序首先对40H、50H中的值进行比较大小,如果40H中的值大于50H中的值,则进行报警。依此类推，比较41H和51H,42H和52H。程序框图如43/64

图4-3所示。:单片机对LED进行初始化,使其能进入正常工作状态,然后判断LED是否处于忙碌状态,如果是则继续判断,如若不是则将从ADC转换后计算出来的结果通过输出指令输出,并判断计算出的结果处于哪种状态,并输出。44/64结论本作品针对生活中因醉酒驾驶引发交通事故日益严重，明确研究方向，制定计划方案。深入研究酒精传感器、模数转换器等器件原理，查阅相关酒驾标准。为制作出满足实际要求的作品，做好充分的准备。在此期间所遇到的问题,通过最有效、最准确的渠道进行解决,为成功扫清障碍。完成本作品的主要困难有：(1)在课程中虽然我们学过C语言程序设计，但是始终处于理论阶段,对于程序控制运行方面无任何实战经验；(2)开始对单片机、ADC0809、LED显示器一无所知，必需从头学习，而且在时间的分配上也要把握好；(3)对于遇到非人为因素所带来的问题，导致的解决问题效率低下，使我们的时间更感急迫。随着对单片机、ADC0809、LED显示器的加深了解，对信号采集和数据算法处理的进一步学习；在现有基础上进行改进，一定会使测得的数据更加准确,使作品及预期目标更接近。使其能成为商品，进入家庭,实现我们以此为课题的最终目的。45/64致谢转眼间大学就要过去，对于我来说这也结束了我的校园生活，但真正的学习才刚刚开始。在这四年的学习生活中，让我明白和了解了很多道理，在此过程中也有走了很多弯路，但更增添了我的记忆。在完成作品期间如果没有胡同学的帮助，有很多事情处理起来就不会比较顺畅。例如在遇到单片机得不到ADC0809采集的数据这一难题,且始终停滞不前导致心情低落时，能有他这样的同学、朋友和我共进退，比孤军奋战来得何止好上百倍。还有在最后关头如果不是贾老师帮我如何测试参数，对于最重要的数据处理方面将会大打折扣,那样作品就失去了它的意义。还要感谢在此期间辅导我们的老师们、及我们一同奋战的同学、学长们,没有你们这段回忆将是不完整的。也感谢学校为我们提供了这样的一个平台，不仅在学习上有所获取，而且在人际交往上多了一个圈子。也为我个人多增添了一项爱好和发展方向。46/64参考文献[1]单成祥.传感器的理论及设计基础及其应用[M].北京：国防工业出版社1999,520[2]张福学.现代传感器电路[M].北京：中国计量出版社,2000,441[3]吴兴惠,王彩君.传感器及信号传感器[M].北京：电子工业出版社，1998,788[4]万隆，巴奉丽.单片机原理及应用技术[M].北京:清华大学出版社,2010,422[5]汤竟南,沈国琴.51单片机C语言开发及实例[M].北京:人民邮电出版社,2008,566[6]雷伏容,张小林,崔浩.51单片机常用模块设计查询手册加].北京:清华大学出版社,2010,677[7]韩成,张延.拿了就用单片机[M].北京:人民邮电出版社,2008,688[8]赵建领.51系列单片机开发宝典[M].北京：电子工业出版社,2007,544[9]胡伟,季晓衡.单片机C程序设计及应用实例[M].北京:人民邮电出版社,2003,543[10]SarahHeathPalin.Alcoholtestercontrollerdesign[J].SiliconValley.2010,344[11]方吉高,黄炳醒.高选择性酒精传感器仃].硅谷.2004,432[12]王鸣.一种输入传行数据的LED模块的应用[J].安徽机电学院.2000,527[13]刘焕平.ADC0809及AT89C51的一种接入方式[J].石家庄师范专科学校.2002,24347/64附录1酒精测试仪程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>sbitrs=P2M;//LCD液晶引脚定义,口0接口80_口87sbitrw=P27sbitep=P2%；sbitale=P2P; //ADC0809引脚定义sbitstart=P37sbitoe=P35sbiteoc=P3飞；sbitadda=P25sbitaddb=P2八2;sbitadc=P2八3;48/64sbitlight=P3~0; //报警输出sbitDQ=P3^3;//DS18B20输入脚定义sbitDE=P3」；unsignedchartempL=0;unsignedchartempH=0;floattemperature;//状态显示//状态显示unsignedcharcodedis2[]={"ALCOHOLTEST");unsignedcharcodedis3[]={"mg/100ml”);unsignedcharcodedis4[]={"SAFEDRIVING");unsignedcharcodedis5[]={"DRINK-DRIVING”)unsignedcharcodedis6[]={"DRUNKDRIVING")voiddelay(unsignedcharms)//延时1{unsignedchari,j;while(ms--){for(i=0;i<250;i++)for(j=0;j<50;j++){_nop_();_nop_();49/64}voiddelay2(unsignedinttime)//延时2{unsignedintn;n=0;while(n<time){n++;}return;}bitlcd_bz()//LCD判忙{bitresult;rs=0;rw=1;ep=1;_nop_();_nop_();result=(bit)(P0&0x80);ep=0;50/64returnresult;}lcd_wcmd(unsignedcharcmd)//写指令数据到LCD{while(lcd_bz())rs=0;rw=0;ep=0;_nop_();_nop_();P0=cmd;_nop_();_nop_();ep=1;_nop_();_nop_();ep=0;}lcd_pos(unsignedcharpos)//设定显示位置{lcd_wcmd(pos|0x80);51/64lcd_wdat(unsignedchardat)//写入显示数据到LCD{while(lcd_bz());rs=1;rw=0;ep=0;P0=dat;_nop_();_nop_();ep=1;_nop_();_nop_();ep=0;}lcd_init()//LCD初始化{lcd_wcmd(0x38);delay(1);lcd_wcmd(0x0c);delay(1);52/64lcd_wcmd(0x06);delay(1);lcd_wcmd(0x01);delay(1);}Init_DS18B20(void)//DS18B20初始化{unsignedcharx=0;DQ=1;delay2(8);DQ=0;delay2(85);DQ=1;delay2(14);delay2(20);}ReadOneChar(void)//向DS18B20读一字节数据{unsignedchari=0;unsignedchardat=0;53/64for(i=8;i>0;i--){DQ=1;delay