一种防酒驾和防疲劳功能的汽车安全系统设计

1、一种防酒驾和防疲劳功能的汽车安全系统设计economic development, Urban construction continues to expand the scale of countries, peoples living standards greatly improved、In this process , if the default value is exceeded , the relay driver circuit does not start and buzzer alarm 、Key words: Drink driving, drowsy driving, MQ-3 sensor， digital touch sensor module, microcontroller 目录1 绪论11、1引言11、2课题研究的背景与意义11、3 课题国内外的研究现状51、4 课题研究内容82 系统的工作原理与结构92、1 系统的工作原理92、2 系统的结构92、3 系统的结构特点103 系统的硬件设计113、1 元器件的选择113、2 硬件电路的设计323、3 系

2、统的硬件电路设计414 系统软件设计444、1 软件开发工具444、2 程序流程445 系统调试与分析485、1 硬件调试485、2 软件调试与分析486 结论51参考文献52致 谢541 绪论1、1引言自1886年第一辆汽车在德国诞生以来，汽车就成为了科技进步 和人类现代文明发展的象征，为人类社会现代化的发展做出了重大贡献。一百多 年来，汽车不断影响和改造着人们的生活方式，在带来便捷的同时，也极大地拓 展了人类的活动空间，为人类生活营造出了一个快捷、高效、舒适的环境。1、2课题研究的背景与意义道路交通安全问题是世界各国所面临的一个普 遍问题，每年全球的道路交通事故多达10亿次3 ，占到全球安全事故总数的 90%左右。近几年来，虽然很多高收入国家的道路交通事故死亡率已趋于稳定或 下降，但研究表明，世界大部分地区的道路死亡人数却在不断增加，按照这种趋 势发展，到2030年时道路死亡人数将上升到大约每年240万。此外，交通事故 每年为2000万至5000万人带来非致命伤害，而且这已成为致残的一个重要原因。1、3 课题国内外的研究现状随着科技的发展，针对防止酒后驾驶和防止疲 劳驾驶的问题，人

3、们找到了各种解决方法。其中包括检测酒后驾驶的文章有：根 据理论研究，要判断是否是酒后驾驶，最准确的方法应该是检查驾驶人员血液中 的酒精含量2。但由于使用是否方便和价格等因素，目前普遍使用的只有燃料 电池型（电化学型）和半导体型二种4。半导体型一般采用氧化锡半导体作为 传感器，其具有气敏特性，当接触的气体中其所敏感气体浓度增加时，呈现的电 阻值就会降低，半导体型呼气酒精测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体 在不同工作温度时，对不同的气体敏感程度是不同的，因此半导体型呼气酒精测 试仪中都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对 酒精具有最高的敏感度2。包括防止疲劳驾驶的文章有：摄像机安放在汽车的 控制面板上，因此并不影响驾驶员正常驾驶时的视野。利用汽车速度传感器来监 测车辆的速度，当超过预先设定的车速后，一般为40 km /h，启动本系统，此 外还需要连续检测驾驶员的头部图像。检测方法是，连续检测几帧驾驶员图像， 当驾驶员有微小动作时，通过移动的像素数来判断头部的位置，根据驾驶员五官 的相对位置，经图像处理后，确定眼睛的位置。该方法可以实现从整体到局部、 从“粗”

4、到精，准确的检测到眼睛的位置，继而可局部处理眼睛的图像，精确的 分析眼睛特征参数，根据眨眼时间、睁闭程度、眨眼频率等，利用人眼在困倦和 清醒时的特征参数估计出当时状态，在疲劳时予以报警。其所有检测的结果和车 辆行驶状态均将被同时保存在SD卡中，当发生事故时，可用于分析事故原因6。 而我国也在机动车辆驾驶中驾驶安全测评方法的研究上取得了一定的理论成绩， 但目前为止，还没有研究出实用的产品，和发达国家相比存在着很大的差距。因 此，在我国，研究防酒驾和防疲劳的意义是显而易见的。1、3、1 国外研究现状1、3、2 国内研究现状1、4 课题研究内容一种防酒驾和防疲劳功能的汽车安全系统设计，主要分 为：软件控制部分和硬件实物部分。软件部分主要是用C语言编写程序，采用模 块化的独立设计结构，便于后续的修改和调试，用到的软件主要是keil、proteus 等。硬件部分，主要包括三大部分，控制启动系统处于工作状态部分、防止疲劳 驾驶部分和防止酒后驾驶部分：(1)控制启动系统处于工作状态部分：(2)防止疲劳驾驶部分：(3)防止酒后驾驶部分：2 系统的工作原理与结构2、1系统的工作原理本设计是一种防酒驾和防

5、疲劳功能的汽车安全系统设计，是以两块STC89C51单片机作为控制器，其具体的工作原理为：2、2系统的结构图2-1系统结构框图图2-2系统原理框图2、3 系统的结构特点一种防酒驾和防疲劳功能的汽车安全系统设计，具有 如下结构特点：(1)数据采集系统以STC89C51单片机为控制核心，外围电路带有LCD显示、复 位电路、晶振电路等，不需要其他计算机，用户便可以与其进行交互工作，完成 对数据的采集、计算、分析、判断、处理、存储等过程。(2)系统具有小型化、低功耗、高性价比、高灵敏度等特点。(3) 从便携式的角度出发，系统通过微动开关设置时间阈值和酒精浓度阀值，结合单片机的控制，有效的实现了人机交互操作、界面友好。(4)软件系统都采用C语言进行编写，在兼顾实时性处理的同时，也方便了对数 据的处理。(5)可以实现防止酒后驾驶和防止瞌睡驾驶的功能，且对汽车点火及报警具有相 对独立的控制。(6)能够有效的模拟现实中的情况，具有很强的实际效果和应用价值。3 系统的 硬件设计本系统由四个1、5V 的干电池对防止疲劳驾驶部分进行电源供电，由防止疲劳驾驶部分 的单片机和霍尔传感器共同控制防止酒后驾驶部分的

6、电源供电3、1 元器件的选择3、1、1 单片机的选择单片机是单片微型计算机译名的简称，在国内也被 常称为“单片机”或“单片微机”其包括中央处理器CPU、只读存储器ROM、随 机存储器RAM、串行口和I/O 口、中断系统、定时器/计数器等。现在的单片微机已不仅指单片微型计算机，还包括微计算机、微控制器、微处理器和嵌入式控 制器26。本次设计选用的单片机是STC89C51单片机，属于STC系列单片机。该系列单片机是由美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。片内含有UART、SPI、A/D、Flash程序存储器、PWM、SRAM等模块。STC89C51是高性能、低功耗、超 强抗干扰的CMOS8位微控制器，是采用8051核的ISP在系统可编程芯片。其最 高的工作时钟频率为80MHz,片内含有4KB可反复擦写1000次的Flash只读程 序存储器，片上的Flash可允许程序存储器在系统上编程，亦适于常规编器。在 芯片内，集成了 ISP Flash存储单元和通用的8位中央处理器，配合PC端的控 制程序可以将用户的程序代码直接下载到单片机的内部，速度更快，为用户省去 了购买通用编程器的麻烦

7、。STC89C51具有以下标准功能：看门狗定时器、全双 工串行口、4字节的Flash、片内晶振及时钟电路、2个数据指针、512字节的 RAM、3个16位定时器/计数器、32位的I/O 口线、通用异步串行口等。STC89C51 单片机作为控制核心，该单片机的I/O 口控制图如下图3-1所示：图3-1 STC89C51 的接口控制图图3-2 STC89C51的实物图3、1、1、1 工作模式（1）空闲模式：典型功耗2mA。（2）掉电模式：典型功耗0、1A，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行 原程序。（3）掉电模式：其可由外部中断唤醒，适用于气表、水表等电池供电系统及便携 设备。（4）正常工作模式：典型功耗4mA7mA。3、1、1、2 STC89C51的引脚说明VCC （40引脚）：电源电压。VSS （20引 脚）：接地。P0端口（P0、0P0、7，3932引脚）：P0 口既可以作为输入/输 出口，也可以作为地址/数据服用总线使用。当为输入/输出口时，其是一个 8 位准双向I/O 口，上电复位后处于开漏模式，这个时候需要外接10K-4、7K的上拉电阻。作为输出端口时，每个引脚能驱动8个TT

8、L负载，即 能够以吸引电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，并对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入端用。此外，在访问数据存储器和外部程序时，P0 口也可以 提供低8位地址A0A7和8位数据D0D7的复用总线。此时，P0 口无需外 接上拉电阻，其内部的上拉电阻有效。P1端口（P1、0P1、7,18引脚）：P1 口是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O 口。P1的 输出缓冲器可以驱动（吸收或者是输出电流方式）4个TTL负载。对端口写入“1” 时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。当P1 口作为输 入端口使用时，因为有内部存在的上拉电阻，所以被外部拉低的那些引脚会输出 一个ILL。此外，P1、0和 P1 、 1还具有第二功能，具体参见下图3-3 ：图3-3 P1、0/P1、1第二功能P2端口（P2、0P2、7，2821引脚）：P2 口是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL负载。对端口写入“1” 时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。当P2 口作为输 入端口使用时，因为有内部存在的上拉电阻，所以被

9、外部拉低的那些引脚会输出 一个ILL。当在访问8位地址的外部数据存储器（例如，执行MOVXR1”指令） 时，P2端口输出P2锁存器的内容，在整个访问期间不会改变。当在访问外部程 序存储器或者16位地址的外部数据存储器（例如，执行“MOVX DPTR”指令） 时，P2端口输出高8位地址A8A15。P3端口（P3、0P3、7，1017引脚）：P3是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O端口。P3 的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL负载。对端口写入“1” 时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。当P3 口作为输 入端口使用时，因为有内部存在的上拉电阻，所以被外部拉低的那些引脚会输出 一个ILL。P3 口除了作为一般I/O 口之外，还具有一些第二功能，如下图3-4 所示：图3-4 P3引脚第二功能RST （9引脚）：复位输入脚。当看门狗计时完成之后，RST引脚就会输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR上的DISRTO 位可使该功能无效。而DISRT0默认状态下，复位在高电平有效。当连续输入两 个机器周期以上的高电平时，该引脚为有效，这可以用来完成单片机复位初始化 的操作。XTAL1（19引脚）：振荡器内部时钟反相放大器输入端口和外部时钟源 的输入端口。XTAL2（18引脚）：振荡器内部时钟反相放大器输出端口，接外部 晶振另一端。当直接使用外部时钟源时，可浮空。（29 引脚）：可作为标准 I/0口，也是外部程序存储器选通信号输出引脚。ALE（30引脚）：可作为标准1/0 口，也是地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚。在Flash编程时，该 引脚可用作编程输入脉冲。（31引脚）：可作为标准1/0 口，也是访问外部程序 存储器控制信号。当需要从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令时，接地。 其他引脚功能，如下图3-5所示：图3-5 其他引脚功能3、1、2气敏传感器的选择3、1、2、1

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