酒精测试.docx
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酒精测试
酒精模块
一.设计所需的元器件
I.酒精传感器MQ-3
2、具有DO开关信号（TTL）输出和AO模拟信号输出；
3、TTL输出有效信号为低电平。
（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机或继电器模块）
4、模拟量输出电压，浓度越高电压越高。
AOUT端的电压在1V左右，当传感器检测到被测气体时，电压每升高0.1V，实际被测气体的浓度增加20ppm。
5、对酒精检测有较好的灵敏度。
7、产品外形尺寸：
32（L）*20（W）*22（H）
II.模数转换芯片ADC0804
引脚图
工作电压：
＋5V，即VCC＝＋5V。
模拟输入电压范围：
0～＋5V，即0≤Vin≤＋5V。
分辨率：
8位，即分辨率为1/28=1/256，转换值介于0～255之间。
转换时间：
100us（fCK＝640KHz时）。
转换误差：
±1LSB。
参考电压：
2.5V，即Vref＝2.5V。
III.STC89C52单片机
IV.继电器
继电器（Relay），也称电驿，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。
V.L298电机驱动芯片
L298也是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。
如下是其引脚图：
L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。
其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。
当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。
VI.12v直流电机
直流电动机是依靠直流电驱动的电动机，在小型电器上应用较为广泛。
以下为直流电动机的工作原理图:
此为一个简单的直流电（D.C.）电动机。
当线圈通电后，转子周围产生磁场，转子的左侧被推离左侧的磁铁，并被吸引到右侧，从而产生转动。
转子依靠惯性继续转动。
当转子运行至水平位置时电流变换器将线圈的电流方向逆转，线圈所产生的磁场亦同时逆转，使这一过程得以重复。
VII.电阻，电容，三极管等。
二.设计思路
酒精传感器检测到酒精后将其转化为电压信号，电压信号传入到模数转换电路后将其转化为数字电压信号，数字电压信号传入到单片机中进行数据处理（检测到的酒精浓度是否达到饮酒驾驶标准线），单片机发出控制信号到继电器电路，继电器控制电机驱动电路的电源，若达到饮酒驾驶的标准线则断开电源，否则电机驱动电路正常工作。
三.模数转换过程
下两表为血液中酒精浓度，呼出气体中酒精浓度和呼出气体中酒精浓度关系和酒驾的参数
序号
呼出气体中酒精
浓度mg/L
呼出气体中酒精
浓度10¯6
血液中酒精
浓度mg/100mL
1
0.0227
11.85
5
2
0.0454
23.69
10
3
0.0681
35.53
15
4
0.0909
47.43
20
5
0.1136
59.28
25
6
0.1363
71.13
30
7
0.1591
83.02
35
8
0.1818
94.86
40
9
0.2045
106.71
45
10
0.2272
118.56
50
11
0.2500
130.45
55
12
0.2727
141.26
60
13
0.2954
154.15
65
14
0.3181
166.00
70
15
0.3409
177.89
75
16
0.3636
189.72
80
17
0.3863
201.15
85
18
0.4091
213.43
90
19
0.4318
225.33
95
20
0.4515
237.12
100
21
0.6618
355.68
150
22
0.9091
474.24
200
表3.3.2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
80
由表3.3.2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。
转换过程：
我们通过改变滑动变阻器的阻值来改变差模输入来模拟酒精传感器，酒精传感器就是外界改变酒精浓度来改变传感器的电阻，内部电阻分压，从而改变输入的模拟电压。
以下为电路图
模拟电压通过ADC0804变为数字量
ADC0804的转换原理
ADC0804是属于连续渐进式（SuccessiveApproximationMethod）的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。
以输出8位的ADC0804动作来说明“连续渐进式A/D转换器”的转换原理，动作步骤如下表示（原则上先从左侧最高位寻找起）。
第一次寻找结果：
10000000（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第二次寻找结果：
11000000（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第三次寻找结果：
11000000（若假设值>输入值，则寻找位＝该假设位＝0）
第四次寻找结果：
11010000（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第五次寻找结果：
11010000（若假设值>输入值，则寻找位＝该假设位＝0）
第六次寻找结果：
11010100（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第七次寻找结果：
11010110（若假设值≤输入值，则寻找位＝假设位＝1）
第八次寻找结果：
11010110（若假设值>输入值，则寻找位＝该假设位＝0）
这样使用二分法的寻找方式，8位的A/D转换器只要8次寻找，12位的A/D转换器只要12次寻找，就能完成转换的动作，其中的输入值代表图1的模拟输入电压Vin
2.分辨率与内部转换频率的计算
对8位ADC0804而言，它的输出准位共有28＝256种，即它的分辨率是1/256，假设输入信号Vin为0～5V电压范围，则它最小输出电压是5V/256＝0.01953V，这代表ADC0804所能转换的最小电压值。
表1列出的是8～12位A/D转换器的分辨率和最小电压转换值。
表1A/D转换器的分辨率和最小电压值
位数目分辨率最小电压转换值
81/2560.01953V
101/10240.00488V
121/40960.00122V
至于内部的转换频率fCK，是由图2的CLKR（19脚）、CLKIN（4脚）所连接的R（）、C（150PF）来决定。
图2ADC0804与CPLD&FPGA、8051单片机等典型连接图
频率计算方式是：
fCK＝1/（1.1×R×C）
若以图2的R＝10KΩ、C＝150PF为例，则内部的转换频率是
fCK＝1/（1.1×10KΩ×150PF）＝606KHz
更换不同的R、C值，会有不同的转换频率，而且频率愈高代表速度愈快。
但是需要注意R、C的组合，务必使频率范围是在100KHz～1460KHz之间。
3.ADC0804的控制方法
要求ADC0804进行模拟/数字的转换，其实可以直接由下面的时序图及图2信号的流向来配合了解。
图3ADC0804控制信号时序图
以图2、图3信号流向而言，控制ADC0804动作的信号应该只有CS、WR、RD。
其中INTR由高电位转为低电位后，代表ADC0804完成这次的模拟/数字转换，而DB0～DB7代表是转换后的数字资料。
图3的动作大概可分成4个步骤区间——S0、S1、S2、S3，每个步骤区间的动作方式如下：
步骤S0：
CS＝0、WR＝0、RD＝1（由CPLD发出信号要求ADC0804开始进行模拟/数字信号的转换）。
步骤S1：
CS＝1、WR＝1、RD＝1（ADC0804进行转换动作，转换完毕后INTR将高电位降至低电位，而转换时间>100us）。
步骤S2：
CS＝0、WR＝1、RD＝0（由CPLD发出信号以读取ADC0804的转换资料）。
步骤S3：
CS＝1、WR＝1、RD＝1（由CPLD读取DB0～DB7上的数字转换资料）。
由上述步骤说明，可以归纳出所要设计的CPLD动作功能有：
负责在每个步骤送出所需的CS、WR、RD控制信号。
在步骤S1时，监控INTR信号是否由低电位变高电位，如此以便了解ADC0804的转换动作结束与否。
在步骤S3，读取转换的数字资料DB0～DB7
四.继电器驱动电路分析
电路图如下
继电器工作原理是通过通电线圈产生的磁效应使得电路闭合，三极管的基极与单片机的第10管脚连接，模拟电压经ADC0804后得到的数字量通过某种函数关系，使得单片机第10管脚输出高电平或低电平。
若给出高电平，则三极管导通，通电线圈吸引开关，后续电路就不导通。
从而用外界的酒精浓度来控制后续模块的导通与否。
五.小车驱动电路
如下为电路图
上述的信号驱动管脚接此图的单片机的电源，通过上述的操控使得此模块能够运行。
附：
//酒精模块的代码
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitwr=P3^6;
sbitrd=P3^7;
sbitINTR=P0^0;
ucharadval;
floatx;
sbitfm=P3^0;
voiddelayms（uintx）//毫秒延时
{
uinti,j;
for（i=x;i>0;i--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
voidbeep（）//蜂鸣器
{
uinti;
for（i=0;i<100;i++）
{
fm=!
fm;
delayms（3）;
}
fm=1;
}
voidmain（）
{
fm=0;
while
（1）
{
wr=0;//AD转换
delayms（50）;
wr=1;
rd=0;
_nop_（）;
adval=P1;
rd=1;
P2=adval;
x=（uint）adval;
if（x>200）
beep（）;
}
}
小车驱动电路代码
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitIRIN=P3^2;
sbitBEEP=P1^5;
voidIRdelay（charx）;
voidbeep（）;
unsignedcharIRCOM[4];
voidinit（）
{
IE|=0x81;
TCON|=0x01;
IRIN=1;
}
voidIR_IN（void）interrupt0
{
unsignedcharj,k,N=0;
EX0=0;
IRdelay（5）;
if（IRIN==1）
{EX0=1;
return;
}
while（!
IRIN）
{IRdelay
（1）;}
for（j=0;j<4;j++）
{
for（k=0;k<8;k++）
{
while（IRIN）
{IRdelay
（1）;}
while（!
IRIN）
{IRdelay
（1）;}
while（IRIN）
{
IRdelay
（1）;
N++;
if（N>=30）
{EX0=1;
return;}
}
IRCOM[j]=IRCOM[j]>>1;
if（N>=8）{IRCOM[j]=IRCOM[j]|0x80;}
N=0;
}
}
if（IRCOM[2]==~IRCOM[3]）
{
beep（）;
EX0=1;
}
EX0=1;
return;
}
voidIRdelay（unsignedcharx）//延时函数
{
unsignedchari;
while（x--）
{
for（i=0;i<13;i++）{}
}
}
voiddelay（uintms）//延时函数
{
uinti,j;
for（i=ms;i>0;i--）
for（j=13;j>0;j--）;
}
voidbeep（）//蜂鸣器发声
{unsignedchari;
for（i=0;i<100;i++）
{
delay（4）;
BEEP=!
BEEP;//BEEP取反
}
BEEP=1;
}
voidmain（）
{
init（）;
while
（1）
{
switch（IRCOM[2]）
{
case0x18:
P2=0x1b;break;
case0x08:
P2=0x18;break;
case0x5a:
P2=0x03;break;
case0x52:
P2=0x2d;break;
default:
P2=0xff;break;
}
}
}
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