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完成时间：

2010年03月02日

车载酒精探测控制仪的设计

一、主要目标任务

通过本次毕业设计，提高对所学知识的综合运用能力、独立分析和解决问题的能力，增强自己的创新意识和创新能力，为以后的工作打下良好的基础。

并综合运用所学知识，如《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《微机原理》、《单片机原理与应用》，设计一个基于高性能的MSP430单片机的测量酒精浓度的仪器。

1）对以前所学知识进行系统的复习，全面的综合并将其联贯。

2）学会了独立的分析和解决问题和进行相关社会调查的能力。

3）学会了查阅文献的方法和培养查阅文献的良好习惯。

4）提高专业相关外文的阅读、翻译能力。

提高专业英语水平。

5）提高编写程序的水平，优化软件结构。

提高电脑绘图水平。

二、技术性能指标

1）感应酒精浓度。

2）光电报警。

3）LED实时显示酒精浓度。

三、简要工作原理

车载酒精探测控制仪主要由主控电路、酒精检测电路、指示灯和液晶显示电路继电器控制电路以及声光报警电路组成。

在车载酒精探测控制仪的设计中主控电路采用高性能MSP430单片机系列中的MSP430F149，MSP430F149单片机可判断气体中酒精的含量，控制整个控制仪的工作；

酒精检测电路由高精度酒精传感器、信号调理放大电路、滤波电路和单片机内置12位ADC等组成，主要用于检测酒精含量，判断其是否超标；

指示灯电路由红绿黄三个指示灯组成，液晶显示电路用来显示测定得到的酒精的浓度；

声光报警电路中由蜂鸣器做报警器，当酒精含量没有超标，汽车随之启动；

反之，则进行声光报警，发出警报，同时控制继电器切断点火装置电源，驾驶人员无法启动汽车。

四、课题文献综述

1、《MSP430系列单片机C语言程序设计与开发》

1）作者：

胡大可

2）摘要：

.

本书介绍了MSP430系列单片机C语言编程的标示符、关键字、数据基本类型、运算符、函数、数组、指针等基本知识，还有它编程的开发调试环境、库函数以及相关的程序实例介绍。

3）引言：

IAR的EmbeddedWorkbench是一个适应各种不同CPU的目标系统开发环境。

它提供方便并且功能丰富的窗口界面，使开发和调试的效率大大提高。

EmbeddedWorkbench支持多种微处理器。

针对用户特定的目标系统，用创建项目的方法来进行开发和管理。

EmbeddedWorkbench包含的实用工具有：

●具有语法表现能力的文本编辑器；

●编译器；

●汇编器；

●连接器；

●函数库管理器；

●实现操作自动化的Make工具；

●内嵌C语言级和汇编级的调试器C-SPY。

4）结语：

用C语言程序设计来实现嵌入式系统的系统软件和应用软件开发，从而大大提高开发调试工作的效率；

适用于MSP430系列的C语言，与标准C语言兼容性高，开发调试的集成环境和人机界面良好。

从C语言程序设计基础入手，逐渐深入地阐述了MSP430系列的C语言程序设计基础概念以及对它标准C语言的扩展特性。

2、《MSP430单片机应用系统开发典型事例》

秦龙

介绍了MSP430F1XX系列单片机的结构，以及这一系列单片机的引脚功能和各自具有的特点；

同时还介绍了MSP430F1XX的CPU与外部设备，其中外设包括存储器、时钟、端口、定时器、比较器、串口通信以及ADC模块，书中还列举了温度采集报警系统的实现、日历系统的实现等典型事例。

3）MSP430F149单片机的特点：

MSP430F149单片机的供电电压很低，其供电电压范围为1.8V~3.6V，具有其它系列单片机没有的特点低功耗，它在休眠的条件下工作的工作电流只有0.8μA，从休眠方式唤醒只需要6μs，还能快速的执行指令，指令的执行时间只需要150ns，片内自带有12位的A/D转换器，无需外接A/D转换器，片内提供参考电压，且A/D转换器具有采样保持和自动扫描的特点；

片内还提供温度传感器和模拟信号比较器，可直接的完成感应温度和对模拟信号的比较；

MSP430F149单片机中16位的定时器Timer_B带有7个捕获/比较存储器和16位的定时器Timer_A带有3个捕获/比较存储器；

它还具有灵活的时钟设计，主要有32kHz的晶体方式、高频率晶体方式、振荡器方式和外部时钟源方式，这就可以根据功耗要求和速度要求灵活的进行时钟设置；

具有串口通信模块USART0和USART1，由于这一系列单片机提供了两个串口，可为用户进行多机通信设计提供方便；

在MSP430F149中提供的片内的FLSAH为60KB，同时片内还提供较多的RAM以便进行计算处理，提供P1.0~P6.0共6个数据端口，能为用户提供更多的处理功能：

具有JTAG仿真调试接口和代码保护功能，方便软件调试以及对程序代码进行保护。

MSP430F1XX系列单片机是超低功耗的混合信号控制器，它根据不的应用提供不同的具体型号的单片机，以满足不同用户的需求。

它们具有16位RSIC结构，CPU中16个寄存器和常数产生器使MSP430微机控制器能达到最高的代码效率。

该单片机能通过C语言编程来实现各种控制，以实现设计要求。

3、《MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用》

本书介绍了MSP430系列的基本结构以及各功能模块的原理和应用。

还介绍了基本结构包括存储器组织、16位CPU、硬件存储器、振荡器、系统时钟发生器、I/O接口、定时器、A/D转换器等结构模块的功能和应用。

MSP430系列采用存储器-存储器结构，即用一个公用的空间对全部功能模块进行寻址；

同时，对精简指令组对所用功能模块进行操作。

MSP430系列器件包含以下主要功能：

●CPU；

●程序存储器（ROM或EPROM）；

●数据存储器（RAM或EEPROM）；

●运行模块；

●外围模块；

●振荡器和倍频器。

4、《传感器技术》

贾伯年、俞朴、宋爱国

2）摘要：

全书由四部分组成，即传感器技术基础、常用传感器、新型传感器、传感器新技术，主要介绍的传感器有电阻式传感器、变磁阻式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、电压式传感器、热电阻式传感器、光电式传感器、光纤传感器、数字式传感器、化学传感器以及生物传感器。

传感器是能感受规定的被测量（包括物理量、化学量、生物量等）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（SensingElement）和转换元件（TransductionElement）组成。

传感器技术，则是以传感器为核心论述其内涵、外延的学科；

也是一门涉及测量技术、功能材料、微电子技术、精密于微细加工技术、信息处理技术和计算机技术等相互结合而成的密集型综合技术。

4）总语：

传感器技术在国家工业化和社会信息化的进程中有着突出的地位和作用。

5、《基于ARM和MiniGUI的呼气式酒精测试仪研究》

熊业攀、李仁旺、朱泽飞、张鹏举、任志锋

设计了一种以ARM7微控制器LPC2210为核心的燃料电池型呼气式酒精测试仪;

该仪器在LPC2210上移植嵌入式操作系统uClinux,利用燃料电池传感器的输出电压与酒精浓度的相关性,通过采集燃料电池传感器中酒精气体反应产生的模拟信号计算出酒精浓度;

详细介绍了燃料电池传感器的电化学原理,及在ARM-Linux嵌入式操作系统环境下,利用轻量级的图形用户界面支持系统MiniGUI进行软件界面开发的方法,提高了人机交互友好性和易操作性;

实验表明,该酒精测试仪具有稳定性好、精度高、抗干扰性强的明显优点。

酒后驾车是一个世界性的安全问题,我国每年约有三分之一的交通死亡事故与酒后驾车有关[1]。

判断是否酒后驾车理论上应该以驾驶员血液中的酒精浓度（BloodAlcoholConcentra-tion,BAC）为标准,但在违章处理或者公路交通例行检查中,由于设备等问题导致现场抽取血液很难实现，而送往抽血点所花的时间也会使驾驶员血液中的酒精含量发生变化，因此，对驾驶员的呼气酒精浓度（BloodAlcoholConcentra-tion,BAC）进行测试，然后按血液、呼气酒精浓度比2200：

1的比例计算出血液酒精浓度是行之有效的方法。

4）来源：

《计算机测量与控制》2009年08期

6、《基于单片机的防酒后驾驶控制系统设计》

陈丽、 

朱瑞祥、云超

针对酒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、AD574A转换器、89C51单片机控制器、语音报警、LED显示、继电器以及电机等构成。

用DP—51PROC单片机综合仿真实验仪进行了仿真实验,结果表明:

当酒精传感器检测出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,实现其控制功能。

随着汽车工业的发展,汽车肇事愈来愈受到世界各国的重视。

在世界各国交通事故的法医学调查中,酒后驾驶是导致交通事故发生的重要原因。

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,针对这种现象,本文设计一种基于MCS—51单片机的控制系统，，通过高灵敏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，从而更好地保障交通秩序和人们出行安全，构建和谐的交通环境。

本文采用89C51芯片构成的智能控制系统对汽车引擎进行智能化控制，能够在干扰较小的状态下接收传感器的信号，并进行处理和逻辑判断控制执行继电器的动作，当检测到驾驶员体内酒精含量超过安全驾驶的标定值时，能够自动切断启动系统电源，使汽车无法启动。

5）来源：

《传感器与微系统》2009年02期

7、《温度采集报警系统的设计和实现》

李艳丽

温度采集广泛应用于人们的生产和生活中，使用温度计来采集温度，这样不仅采集精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。

为解决这一问题,本文介绍了一种采用集成温度传感器MAX6613作为检测元件，MSP430F149作为CPU的温度监控系统。

该系统具有一定的通用性、结构简单、功耗低，可以方便地实现温度实时监控，主要由键盘输入模块、传感器采集模块、显示模块、报警模块、CPU处理模块和电源供电及复位模块组成。

随着电子计算机信息技术的不断发展和完善，采用单片机实现的温度监控系统的应用越来越多。

且采用单片机实现的温度监控系统具有自动化和无人值守等特点，使得它们在许多应用场合得到了广泛的应用。

本文介绍的温度采集报警系统具有一定的通用性，它采用传感器与单片机的A/D通道相连，简化了模拟采集的设计，从而减小设计的复杂性，增加系统的可靠性，也同时减小了PCB的面积。

报警和显示模块主要是驱动蜂鸣器实现报警功能和便于实时观察。

该系统充分体现了智能化、低功耗、高精度的发展趋势。

《微计算机信息》2008年09期

8、《基于C8051F040酒精浓度测试仪的研究》

谭秋林、许姣、薛晨阳、曲运强

利用C8051F040单片机与MQK2酒精传感器开发出一款酒精浓度测试仪，具有酒精浓度测试和监控功能。

通过采用集成多路A／D转换器、CAN控制器等低功耗、小体积的C8051F040单片机作微处理单元，大大减小了系统的体积和功耗，使系统达到了微型化。

其测量范围0．04～0．72mg／L，误差不超过0．02mg／L，适用于驾驶员自测是否饮酒过量，也可用于酒精浓度监控。

3）来源：

《传感技术学报》2009年10期

9、《基于PIC16F877呼气式酒精测试仪的设计》

陈继德 

介绍了一种基于微处理器、便携式,采用电化学型燃料电池作酒精传感器的呼气式酒精测试仪的工作原理、设计及实现方法。

该酒精测试仪采用的微处理器是PIC16F877,传感器是电化学型燃料电池,可以准确测量驾驶人员体内的血液酒精浓度。

《中国仪器仪表》2005年01期

10、《BasedonMSP430F149datatransponderdesign》

1）Abstract:

TaketheMSP430F149monolithicintegratedcircuitasthecore,designsonekindofdoubleserialcommunicationtheelectricalenergytabletoreceivesystem’stransponderautomatically,givestransponder’shardwarearchitectureframeandthesoftwaredesignplan.Thetransponderrealizesthemainengineandtheelectricinstrumentthroughthreemailingaddressscopiesthetabledatacommunication.

2）Introduction:

Usuallytheelectricinstrumentuseshastheinfraredcommunication,theRS485correspondenceorthewirelessradiocommunicationthreemailingaddresss,buttheordinaryelectricinstrumentcopiesthetableonlytohavetheabovethreekindofcorrespondenceconnectiongenerallyonekindofcorrespondenceconnection.Forcanbesuitableinthecommonthesethreekindofelectricinstrumentscopiesthetable,facilitatedcopieseffectivelythetabledatatransmissionmainengine,thedatatransponderintegratedthesethreekindofcorrespondenceconnection,tookintocustodycompletelycrossesthisdatatranspondertobepossibleentirelytorealizethemainengineandtheelectricinstrumentcopiesthetabledataexchange,wasamultichannelcomputerdatatransmissionsystem,structureprincipleasshowninFigure1.Latterthreechannelmodulethroughamulti-channelswitchandmonolithicintegratedcircuitMSP430serialcommunication,butMSP430F149carriesonthedatacommunicationthroughtheRS232connectionmoduleandthemainengine.

3）Source:

五、方案选择论证

方案一

1）硬件组成：

由酒精传感器、89C51系列单片机控制器、AD574A转换器、LCD显示器、语音报警、继电器等组成。

2）工作原理：

在系统中，由酒精传感器做成测量工具，对酒精含量变量进行检测，并输出到A/D转换器。

A/D转换器将数据进行A/D转换后输出到89C51系列单片机。

89C51系列单片机的作用，根据给定量与测量量比较，得出酒精浓度是否超标，控制语音报警器。

LED显示器用于实时的显示测量的酒精浓度。

3）系统原理框图：

方案二

由MSP430单片机、LCD液晶显示器、LED发光二极管、蜂鸣器、传感器，信号放大器以及滤波器等器件组成。

系统采用超高灵敏度酒精传感器，超低功耗单片机系统，自动探测酒精浓度的方法，可以防止驾驶人员逃避检测，以判断驾驶员是否是酒后开车。

该系统可放置在汽车仪表盘位置，当司机发动汽车时，探测控制仪启动，此时发动机处于被锁状态，汽车无法启动。

酒精传感器加热后，探测控制仪对酒精传感器探测的气体信号进行检测。

由于酒精含量与酒精传感器检测后产生的电压信号成特定的比例关系，因而可根据电压信号进行酒精含量的判断。

检测到的信号经过放大和滤波之后，通过单片机内置的12位ADC转换为数字信号，由单片机对此信号进行处理判断，假设酒精含量没有超标，LCD显示屏幕显示当前酒精浓度，同时正常指示灯亮起，控制继电器不起作用，汽车随之启动；

反之，则进行声光报警，控制继电器切断点火装置电源，驾驶人员无法启动汽车，从根本上实现控制酒后驾车。

汽车启动后，控制仪随即进入低功耗状态，只有酒精浓度探测电路一直工作，一旦驾驶人员驾驶过程中饮酒，控制仪立即恢复到正常工作状态。

3）系统原理框图

方案三

由ARM、LCD液晶显示器、声光报警器、燃料酒精传感器、气泵装置等组成。

在系统中，当人体呼出气体从这里流出，检测气流压力，达到预先规定的数值时，打开气泵装置抽气，酒精气体在燃烧室内反应后在电池两级产生微弱的电压输出，电压模拟信号被送入A/D转换器，经过A/D转化后的数字信号输入到指定函数，计算结果最终显示到LCD液晶显示屏上。

论证分析：

●每个方案都采用了不同的处理器，方案一用89C51单片机作为控制器，在进行A/D、D/A转换和LED显示时出现许多难题，如引脚不够用，数据并行输出困难、及内部编程复杂等诸多不便。

而方案二和方案三则能够很好的解决上述问题。

●方案一采用了价格便宜的LED显示器，而方案二和方案三采用了相对昂贵的LCD显示器。

虽然LCD显示器相对昂贵一些，但它可以多行显示，系统中不只要求实时显示酒精浓度即可，所以要选择LCD显示器。

●方案二采用了MSP430单片机，它内部有自带12位ADC，较其它两种方案可以减少一个A/D转换器，节约了成本。

●方案三采用燃料作为能量供应，而方案一和二采用电能。

方案一和二既可以减少装配燃油子系统所用的成本，还可以去的掉因为燃料的燃烧所造成的大气污染，保护环境。

但由于方案二采用的是低功耗的单片机，相对于方案一更节能。

综上所述：

方案二是无论是从经济方面、科学性还是从实现的容易程度、环境保护上都优于其它两个方案，不失为最佳的选择。

方案二有如下的特点：

1.在完成所要求的任务的基础之上还有着结构简单、明了的特点，很容易实现，而且在一定的程度上节约成本。

2.采用了无污染能源，保护环境。

同时也省去了为建造燃料供应子系统的费用，节约了成本。

3.MSP430系列单片机具有低功耗、自带12位ADC转换器以及高抗干扰能力等特点，不仅节约成本，同时能起到很好的控制效果。

六、参考文献

[1]陈丽.基于单片机的防酒后驾驶控制系统设计[J].传感器与微系统，2009年02期：

94~96

[2]朱泽飞,任志峰.基于ARM和MiniGUI的呼气式酒精测试仪研究[J].计算机测量与控制，2009年17期：

1167~1170

[3]岳睿.警用呼气式酒精传感器的研究进展[J].化学传感器,2006年09月,26（3）：

6~11

[4]贾伯年等.传感器技术[M].第三版.东南大学出版社,2007

[5]秦龙.MSP430系列单片机应用系统开发典型实例[M].中国电力出版社,2005

[6]胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京航天航空大学出版社,2003

[7]胡大可.MSP430系列低功耗16位单片机原理与应用[M].北京航天航空大学出版社,2000

[8]谭秋林，许姣.基于C8051F040酒精浓度测试仪的研究[J].传感技术学报,2009年10期：

1378~1381