汽车驾驶员酒精浓度监控系统设计毕业设计(编辑修改稿)

汽车驾驶员酒精浓度监控系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

连接，作为单片机读取模数转换数据的读信号。 单片机引脚 与模数转换芯片的 EOC 端经过 或非门后的输出端用导线相连接，用于单片机对模数转换是否结束的查询，模数转换结束后可以查询到 为高电平，为单片机读取数据作准备。 单片机的 ALE 端口接到 D 触发器的时钟信号输入端 CK， D 触发器的反相输出端与触发信号输入端用导线相连， D 触发器的清零和复位端为低电平有效，分别接高电平， D 触发器的正向输出端与模数转换芯片的 CLK 端子用导线相连接，为模数转换芯片提供正常的时钟信号。 把模数转换芯片的 A2﹑ A1﹑ A0 端分别用导线连接到地址锁存器的低三位，用于选择模数转换的通道。 模数转换芯片的 IN0 端子用导线与信号采样部 分的负载电阻端相连，作为要模数转换的输入端。 单片机引脚 － 连接到模数转换芯片的数据输出端 D0﹑ D1﹑ D2﹑ D3﹑ D4﹑ D5﹑ D6﹑ D7 端，用于读取模数转换后的数据。 地址地址锁存芯片 74LS373 的输入端低三位分别与单片机引脚 － 连接，用于锁存选择模数转换通道的地址。 系统硬件设计 第 17 页 共 46 页 图 10 ADC0809 与单片机 80C51 接口电路 发光二极管显示报警电路 发光二极管集成驱动芯片 LM3914 的管脚图如图 11 所示。 其内部的缓冲放大器最大限度的提高了该集成电路的输入电阻（ 5 脚），电压输入 信号经过缓冲器（增益为零）同时送到 10 个电压比较器的异相（ ）输入端。 10 个电压比较器的同相输入（ +）端分别接到 10 个等值电阻（ 1KΩ）串联回路的 10 个分压端。 因为与串联回路相接的内部参考电压为 ，所以相邻分压端之间的电压差为。 为了驱动LED1 发光，集成电路 LM3914 的 1 脚输出应该为低电平，因此要求电压比较器异相（ ）端的输入电压应大于。 同理，要使 LED2 发光，异相端输入电压应大于 *2=；要使LED10 发光，异相端输入电压应大于 *10=。 LM3914 的 9 脚为点，条方式选择端，当 9 脚与 11 脚相接为点状显示；当 9 脚与 3 脚相接，则为条状显示。 本系统采用条状显示方式，即将引脚 9 和引脚 3 都接到汽车驾驶员酒精浓度监控系统设计 第 18 页 共 46 页 电源的正极。 图 11 LM3914 管脚图 如图 12 所示， LM3914 的 3 和 9 引脚接电源正极，使发光二极管成柱状显示， 7和 8 引脚接一个 2K 的电阻，控制发光二极管的亮度， 5 引脚为采样信号的输入端，10 到 18 引脚和 1 引脚分别接发光二极管的负极端， 4 和 2 引脚与发光二极管的正极间接一个 10μF 的电容，作为发光二极管的虚电源，驱动要反光的二极管点亮。 当检 测到酒精气味时，气敏传感器的 AB 间电阻变小， LM3914 的 5 端电位升高，通过比较放大，驱动发光二极管依次发光，从而区分出酒精含量的高低，直观的看出所测的酒精浓度达到了哪个水平值，起到报警的作用。 输入灵敏度可以通过负载电阻的调节来实现，即对地电阻调小时灵敏度下降；反之，灵敏度增加。 改变 7 脚与 8 脚之间电阻的阻值可以调节发光二极管的显示亮度，当阻值增加亮度减弱，反之加强。 系统硬件设计 第 19 页 共 46 页 图 12 发光二极管显示 数码管显示电路 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 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g、 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 13 所示。 汽车驾驶员酒精浓度监控系统设计 第 20 页 共 46 页 图 13 8 段共阴数码管结构图 用单片机驱动数码管有静态显示和动态显示，静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就 可以驱动数码管显示数据 ，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新 的 数据 就可以了。 静态 显示数据稳定，占用 CPU时间 少。 动态显示需要时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU 时间多。 这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的 CPU 时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的 CPU 时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。 设计选用 3个单位 8段共阴数码管来显示输出的数据，因为电路硬件相对较简单，所以选择静态显示方法。 选用 3 个移位寄存器 74LS164 驱动数码管发光点亮。 电路连接如图 14 所示。 移位寄存器在电路中一是驱 动数码管点亮，二是对输入的串行数据并行输出，起到串并转换的作用。 移位寄存器 74LS164 串行数据输入端与前一位的并行输出最高位相连，第一位移位寄存器的数据输入端与单片机的数据输出端 连接。 单片机引脚 用于给移位寄存器提供移位的时钟脉冲，该引脚与三个移位寄存器的时钟输入端 CLK 相连。 因为每位数据串行输出先输出的是低位，所以数码管引脚 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dg 应顺序与对应位的移位寄存器并行输出端的 QQ Q Q Q Q Q Q0 连接。 系统硬件设计 第 21 页 共 46 页 图 14 数码管显示电路 系统 整体电路图 信号采样模块电路的输出接到发光二极管显示 LM3914 的输入端，同时也将采样信号输出端接至 A/D 转换芯片的输入端，再加上单片机最小系统电路、单片机与模数转换芯片的连接和单片机与数码管显示的连接，即可作出它的整体电路图，如图15 所示。 汽车驾驶员酒精浓度监控系统设计 第 22 页 共 46 页 图 15 整体电路图系统软件设计 第 23 页 共 46 页 3 系统软件设计 开发环境 选用的开发平台为 WAVE6000 单片机集成开发环境，只需在 PC 机上安装WAVE6000 软件，然后在 WAVE6000 软件代码编辑器编辑程序代码，经汇编，修改，产生代码，形成输入输出口实验十六进制 .HEX 文件 , 初始化器件后，将经过编译生成的 .HEX 十六进制文件下载到单片机。 对于 8051 系列单片机，现有四种语言支持，即汇编、 PL/M、 C 和 BASIC。 本设计软件编程部分选用汇编语言来写程序代码。 3. 2 程序流程 当检测到酒精气味时，气体传感器 MQ3 两个电极端 AB 间电阻将变小，对应与气体传感器负载电阻的分压将变大。 因为 ADC0809 的模拟输入端 IN0 与负载电阻的一端用导线连在了一起。 所以单片机在启动测试模数转换芯片之前要选择通道 0，写入模数转换芯片，并将用作查询的单片机引脚 置位，然后启动对通道 IN0 端输入的采集电压信号作模数转换，等待转换的结束。 利用单片机丰富的 I/O 口可以采用查询方式来检测模数转换是否结束，当单片机引脚 为 1 时转换未结束等待，当查询到 为 0 时表示模数转换已经结束，可以开始读取数据了。 单片机通过 I/O口与模数转换芯片的数据输出口相连读取转换后的数据。 读取后的数据送到数据存储器单元中，经过单片机作相应的处理，即要将该电压值转换为酒精浓度值，然后处理后的数据转换成三位十进制 BCD 码用数码管显示。 程序流程图如图 16 所示。 汽车驾驶员酒精浓度监控系统设计 第 24 页 共 46 页 图 16 程序流程图 单片机选择 A/D通道地址 单片机 置位并启动 A/D 测试 A/D 转换结束。 =1? 数码管显示 N Y 单片机初始化 开始 单片机读取数据并作处理 系统软件设计 第 25 页 共 46 页 程序代码编写 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。 因为在程序中每次对模数转换后读取的数据，需要相应的存储空间，同时对读取的数据作适当处理后也要送到特定的存储空间存储起来，以供后面的数码管显示用。 当然，在程序运行的过程当中，还要用到工作寄存器，因为工作寄存器都是临时存储数据，不需要保存作为以后处理要用到的数据，所以工作寄存器的初始化这部分可以省去。 于是，对于程序的初始化程序代码可以相应写出 [13]。 START:MOV R7,60H MOV R0,20H CLR A LOOP:MOV @R0,A INC R0 DJNZ R7,LOOP 初始化程序从数据存储器地址为 20H 单元开始，到 80H 单元全部清零。 即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。 对模拟电压信号的数字转换由模数转换芯片 ADC0809 加单片机 80C51 控制来完成。 模拟电压的输入端接在模数转换芯片的 IN0 通道，再根据单片机与模数转换芯片的连接，单片机在选择读写地址时应该为 7FF8H。 因为单片机高 8 位地址位的 位与单片机的 WR 位经或非后与 模数转换芯片的 START 和 ALE 用导线连接。 所以单片机在将地址 7FF8H 写入模数转换芯片后，一方面模数转换芯片锁存地址选择线的状态，从而选通相应的模拟通道，同时启动模数转换。 模数转换需要一定的时间，这时可以开始对转换是否结束进行不断的查询。 ADC0809 中模数转换结束输出标志位是 EOC，转换结束时为高电平有效。 该位通过一个反相器与单片机引脚 相连，因为启动模数转换之前 位被置位，所以当查询到 位为 0 时即表示模数转换结束。 最后将转换后的数据读取到单片机累加器 A 中。 根据这思路可以写出模数转换 的子程序代码。 TEST:MOV DPTR,7FF8H SETB MOVX @DPTR,A JB ,$ 汽车驾驶员酒精浓度监控系统设计 第 26 页 共 46 页 MOVX A,@DPTR RET 把转换后得到的数字电压值读取到单片机后，因为，实际的电压值范围在 0～ +5V之间，而 ADC0809 模数转换芯片对应的是 8 位精度的处理，即从 00000000B 到11111111B，所以单片机还要对它作个除 51 的处理工作。 而在处理过程中对于有些数据的处理，可能要碰到双 字节相除的情况。 为此，在第一位单字节除 51 后，接下来的小数部分位的除 51 则要作双字节的除法，这样才能保证使所有位能显示出来。 如果所有位都当单字节除法来运算的话，对于有些要作双字节除法的位上的数字则无法显示，而能是显示 0。 相除后对应的每一位分别送到地址为 7DH， 7EH， 7FH 的存储单元保存，以供显示或后续处理用。 思路明确后，实际电压值转换部分程序可以写出来。 MOV B,51 DIV AB MOV 7DH,A MOV A,B MOV B,10 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B ACALL DIV16 MOV 7EH,R6 MOV A,R2 MOV B,10 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B ACALL DIV16 MOV 7FH,R6 经过处理后实际采样到的电压值对应的各个位就分别存储在 7DH， 7EH， 7FH三个存储单元里面了。 系统软件设计 第 27 页 共 46 页 模数转换后得到的数字电压量被单片机读取后还要作一定的数据处理，其中包括把电压值转换 为与之相对应的酒精浓度值，根据总体设计思路，对电压值都近似作对应区间的线性转换。 即首先，单片机要对采集到的数据在哪个区间作个判断跳转，然后再根据该区间的线性关系作转换，得到对应的酒精浓度值。 根据酒精浓度与电压的线性映射关系，如表 3 所示，可以写出该部分的程序代码 MOV B,100 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B MOV R5,0 MOV R4,51 ACALL DIV16 MOV 70H,R6 MOV 71H,R7 MOV A,71H JNZ L5 L1:MOV 72H,75 CLR C MOV A,。