毕业设计《驾驶室酒精浓度检测及安全控制系统》.doc

2012届毕业设计（论文）论文题目：驾驶室酒精浓度检测及安全控制系统 系 别： 专 业：班 级： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 提交时间： 摘要随着私家车数量日益增多，酒后驾车也随之增加防止酒后驾车问题迫在眉睫笔者从方便、即时、安全等角度出发设计出一种车载电控系统本文设计的是一种车载式的具有酒精度检测和安全控制功能的电控系统，能够检测出驾驶员是否饮酒超标驾驶员只要将嘴对着传感器吹气，仪器上就能显示出驾驶员血液中酒精浓度的高低，同时根据检测到酒精浓度是否超标进行自主判断，能够控制汽车点火装置电源电路，使饮酒驾驶员无法启动汽车，同时转向灯闪烁、警示灯、喇叭进行报警，引起驾驶员和人们注意，并在四小时之内任何人无法启动汽车，让驾驶员留下深刻印象，下次不再过量饮酒这样就可从根本上解决酒后驾车问题而且该系统成本比较低，实现和使用更加简单、可靠，能够更为普遍的控制酒后驾车现象的发生关键词：酒精传感器、单片机、报警、安全控制目录摘要 1一 绪论 31.1 课题背景 31.2 课题意义 31.3 课题任务内容 3二 总方案设计及主要元器件的选择 42.1 酒精浓度检测仪总设计方案 42.2 主要元器件的选择 41、传感器的选择 42、A/D转换器的选择 53、控制器模块的选择 54、酒精浓度显示器的选择 55、报警器的选择 66、点火系统控制装置的选择 67、模块的最终方案 6三 硬件设计 73.1 电源电路 73.2 信号采集电路 73.3 信号转换电路 83.4 AT89S51单片机系统 93.5 数码管显示电路 103.6 报警电路 103.7 点火装置电源控制电路 113.8 驾驶室酒精浓度检测及安全控制系统总图 12四 软件设计 144.1 主程序 144.2 信号转换与数据存储子程序 154.3 数据处理子程序 164.4 数据显示子程序 174.5 报警和安全控制子程序 18五 系统调试与测试 20六 总结 23参考文献 24致谢 25一 绪论1.1 课题背景生命安全问题一直是人类高度关注的问题。

对人类生命安全造成威胁的因素有很多，其中，酒后驾车就是一个非常重要的威胁因素酒后驾车造成交通事故不计其数，带来巨大危害据统计，全国发生的交通事故中，50%~60%是由酒后驾车引发的，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倍酒后驾车造成的交通事故对国家、他人、自己产生了难以估计的后果酒后驾车问题如何解决，每个国家都在努力寻找办法目前，几乎所有国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量驾驶员驾驶时血液中酒精含量是否超标现在市场上警用酒精测试仪种类繁多，随着传感器、单片机等技术的发展，酒精检测仪的功能越来越强、灵敏度越来越高，它能有效协助交警定点抽查驾驶员是否饮酒，但是由于抽查实施面狭窄，因此无法很好的对酒后驾车进行控制1.2 课题意义为了能防患于未然，将交通事故扼杀在萌芽状态同时，给交通管理部门减轻工作压力，提供科学的管理手段，本设计提出了一种车载酒精探测及安全控制系统，该系统安装在汽车上，不用交警和其他人员就能判断司机是否酒后驾车，即确保了司机的安全，又能减少交警等人员的工作量。

1.3 课题任务内容1、查阅资料介绍本课题的背景及意义2、对驾驶室酒精浓度检测及安全控制系统的主要元器件进行比较选择3、在主要元器件确定的基础上进行硬件和软件设计4、通过仿真模拟实现本系统的功能1）能根据驾驶员呼出气体检测出驾驶员血液中酒精浓度并用数码管显示2）当驾驶员呼出气体的酒精浓度未超标时，继电器触点闭合，汽车可正常启动3）当驾驶员呼出气体的酒精浓度超标时，室内声光报警，转向灯闪烁4）酒精浓度超标时，继电器触点不结合，点火装置电源电路断开，四小时之内禁止启动5、对本设计进行总结分析二 总方案设计及主要元器件的选择2.1 酒精浓度检测仪总设计方案设计时，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，还需接入数码管显示，报警、点火装置电源控制电路等其总体框图如图2-1所示气敏传感器A/D转换电路控制器数码管显示报警点火装置驾驶员呼出的气体电源图2-1 基本工作原理图2.2 主要元器件的选择1、传感器的选择方案一：使用燃料电池型酒精传感器该传感器的工作原理是利用电化学反应原理进行的，就像一个微型的燃料电池，而燃料就是被测气体中的酒精，这个微型的燃料电池仅仅产生极小（一般是微安或纳安级别的电流）。

通过使被测气体中的酒精成分发生电化学反应被生成二氧化碳和水，过程中产生电子迁移，电子迁移的过程则形成微弱电流，通过检测电流流过的量而计算出被测气体中酒精成分的多少方案二：使用半导体型MQ-3酒精传感器该半导体传感器具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低使用简单的电路即可将电阻的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号再经过一系列的处理与计算得到酒精的浓度与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的明显优点但遗憾的是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，目前世界上只有欧美等少数几个国家能够生产因其材料成本高，不便广泛应用而半导体型传感器的灵敏度、精度、可靠性也能满足酒精浓度检测和安全控制系统的要求，且半导体型酒精传感器的技术已经相当成熟所以采用方案二，选用半导体型酒精传感器2、A/D转换器的选择方案一：采用分级式转换器，这种转换器采用两步或多步进行分辨率的闪烁式转换，进而快速地完成“模拟-数字”信号的转换，同时可以实现较高的分辨率方案二：采用逐次逼近式转换器，如ADC0832，其特点是转换速度快，精度也较高，输出为二进制码，直接I/O口，软件设计方便。

ADC0832是一种8位分辨率、双通道串行接口A/D转换芯片由于ADC0832转换器采样速度快，功耗低，价格低廉，降低了成本，芯片引脚少，电路结构简单，工作量小，故选择方案二，选用ADC0832转换器3、控制器模块的选择方案一：采用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可以应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心方案二：采用ATMEL公司的AT89S51作为系统控制器的CPU方案单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛FPGA集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作AT89S51单片机引脚相对较少，结构简单，成本低，所以采用方案二，选择AT89S51单片机作为控制器4、酒精浓度显示器的选择方案一：使用液晶屏显示。

液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点方案二：使用传统的数码管显示数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单数码显示是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高就本设计课程来说，数码管更适宜5、报警器的选择（1）光报警采用单片机I/O口外接三极管驱动电磁继电器，使转向灯闪烁同时用三极管驱动发光二极管室内报警警示驾驶员2）声报警蜂鸣器报警采用单片机I/O口外接三极管驱动蜂鸣器，发出报警信号6、点火系统控制装置的选择在点火开关和初级点火线圈之间的电路上串接一个电磁继电器，并由单片机I/O口外接三极管控制继电器回路的通断，并通过继电器触点的开闭控制点火电路7、模块的最终方案（1）传感器：半导体型MQ-3酒精传感器（2）A/D转换器：ADC0832转换器（3）控制器模块：AT89S51单片机（4）酒精浓度显示器：数码管（5）报警器：转向灯、发光二极管警示灯 蜂鸣器（6）点火系统控制装置：电磁继电器三 硬件设计本设计是基于AT89S51单片机设计的酒精气体浓度探测仪，可用来检测酒精气体浓度。

系统包含信号采集电路、A/D转换电路、单片机电路、报警电路、安全控制电路等驾驶员上车收到系统指令后即可向传感器吹气由于酒精含量与酒精传感器检测后产生的负载电阻电压信号成正比例关系，因此可以根据电压信号进行酒精含量的判断检测的电压信号通过A/D转换电路转换为数字信号，再由AT89S51单片机对此信号进行处理判断，最后酒精浓度用数码管显示，同时根据酒精浓度报警装置和安全控制装置作相应工作若酒精含量没有超标，汽车可正常启动行驶；反之，驾驶员无法启动汽车，同时转向灯闪烁、警示灯、喇叭进行报警，引起驾驶员和人们注意，并在四小时之内任何人无法启动汽车3.1 电源电路本设计中所选的MQ-3酒精传感器和AT89S51单片机需要5V直流电压供电，而车载蓄电池提供的是12V的直流电压所以首先需要将12V电压转换为5V电压，以保证系统正常工作使用一片MC7805ACT将车载12V电源转换为5V为系统提供稳压电源在MC7805ACT前后两端各并联两个电容，使输出电压稳定可靠电容C1为滤波电容，电容C2作为高频旁路电容，将高频信号旁路到地电容C3为滤波电容，C4为高频旁路电容电容二极管D1是保护二极管，保护集成稳压器MC7805ACT内部调整管b-e结不致因反偏击穿而造成损坏。

电路原理图如图3-1所示图3-1 5V稳压电源3.2 信号采集电路MQ-3的加热电阻两端即H引脚接至+5V直流稳压电源，用于电阻丝对敏感体电阻的加热MQ-3的两个A引脚相连，作为敏感体电阻的一个电极MQ-3的两个B引脚也连接在一起，作为敏感体电阻的另一个电极将电极断A接到电源正极，电极端B接一个0．5-200K电位器MQ-3型气敏传感器与电位器串联构成分压电路，采样点为电位器的分压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电路原理图如图3-2所示图3-2 MQ-3 信号采集电3.3 信号转换电路本设计选择CH0进行单通道转换，。