基于单片机防酒后驾驶设计

1基于单片机防酒后驾驶设计王飞物理与电子信息学院电子信息工程 2011 级 指导教师：谢春茂摘要：随着人类文明进程的推进，以及汽车工业的发展，越来越多的人拥有自己的车。随之而来的道路交通安全问题越来越严重，不少人在马路上终结了自己宝贵的生命。在我国问题更为突出，尤其是我国人口密度大，交通相对拥挤，还有不少驾驶员无视交通规则，事故频发，其中大部分是由酒后驾驶造成的，因为大多数驾驶者存在侥幸心理，而且我国对酒后驾驶的处罚比较轻，目前交警通常使用手持式酒精测试仪来查处酒驾者，但这种方法不能时刻监督驾驶员，无法做到提前制止，防患于未然。针对这种现象，我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、数据采集及信号放大、ADC0809 数模转换器、AT89S52 单片机、蜂鸣器报警、LCD 显示以及继电器组成。主要研究了对不同的区间浓度和电压转换关系做线性处理。将采集到的模拟电压信号经模数转换器转换成数字信号，送入单片机，通过单片机进行计算输出控制信号。当司机体内酒精浓度超标时，该系统能够自动切断汽车的启动系统电源，同时发出声音报警，并通过液晶实时显示酒精浓度，实现了自动控制功能。该系统需要驾驶者在汽车点火前先进行吹气测试，如果测试结果超过安全水平，在驾驶员用钥匙发动时，继电器将工作，汽车将不能开启，该装置可以用来防止酒后驾驶。关键词：酒后驾驶；单片机；传感器2Based on MCU against drunk driving designWang feiPhysical and electronic information institute, electronic information engineering Grade 2011 Instructor: Xie chunmaoAbstract:With the advancement of human civilization, and the development of automobile industry, more and more people own their own cars. Follow the road traffic safety problem more and more serious, a lot of people in the end his precious life on the road. Problem is more outstanding in our country, especially our country population density is big, the traffic is relatively heavy, many drivers ignore traffic rules, frequent accidents, most of which are caused by drunk driving, because most of the drivers is fluky psychology, and the penalty for drunk driving in China is light, the traffic police usually handheld alcohol tester were used to investigate drunk driving, but this method cannot moment monitor driver, cant stop in advance, nip in the bud. Aiming at this phenomenon, I designed a kind of automatic control system to prevent drunk driving.The system consists of alcohol sensor, data acquisition and signal amplification, ADC0809 analog-to-digital converters, AT89S52 single chip microcomputer, a buzzer alarm, LCD display and the composition of relay. Mainly study on different interval concentration and voltage conversion relationship do linear processing. Will be collected in the analog voltage signal by the adc converts digital signals, into single chip microcomputer, controlled by single chip microcomputer to calculate the output signal. When the driver excess alcohol concentration in the body, the system can automatically cut off the car to start the system power supply, at the same time, voice alarm, and through the LCD real-time display alcohol concentration, realized the automatic control function.The system needs to be a driver in the car ignition before blowing test, if test results exceed safe levels, in the pilot with a key, relay will work, cars will not be able to open, the device can be used to prevent drunk driving.Keywords : Drunk driving ; MCU; Sensor3目录第一章 绪 论 .51.1 课题研究的目的及意义 .51.1.1 课题研究的目的 .51.1.2 课题研究的意义 .51.2 预防酒驾的国内外研究现状 .51.2.1 国外研究现状 .51.2.2 国内研究现状 .61.3 设计内容 .61.4 论文结构 .6第二章 防酒后驾驶控制系统的设计方案 .62.1 设计思路 .62.2 系统方案设计 .72.2.1 酒精传感器的选型 .72.2.2 单片机的选型 .82.2.3 模数转换芯片的选型 .8第三章 系统硬件设计 .83.1 酒精传感器测试电路的设计 .93.2 信号采集放大电路设计 .93.3 A/D 转换电路的设计 .93.4 单片机最小系统 .103.4.1 时钟脉冲电路 .103.4.2 复位电路 .113.4.3 AT89S52 的主要技术性能特点 .113.5 LCD 液晶显示电路设计 .133.6 蜂鸣器报警电路设计 .153.7 继电器驱动电路设计 .15第四章 系统软件设计 .164.1 软件整体设计思路 .164.2 主程序模块的设计 .1644.3 控制子程序 .174.4 数据采集及处理模块 .184.5 继电器驱动子程序设计 .20第五章 系统软硬件调试 .205.1 单片机程序调试工具 .205.2 系统调试及问题解决 .205.2.1 硬件问题解决 .205.2.2 软件问题解决. .215.3 系统测试 .215.3.1 测试方案 .215.3.2 测试过程 .21第六章 结论及展望 .226.1 结论 .226.2 展望 .23附录 .25总体硬件电路图 .25致谢 .265第一章 绪 论1.1 课题研究的目的及意义1.1.1 课题研究的目的前些年，由于网络媒体的不发达，以及汽车拥有量没有那么高，酒后驾驶并没有引起人们的警惕，然而，随着汽车拥有量的增加，以及新闻媒体的不断曝光，人们逐渐意识到了问题的严重性。虽然随着社会的进步，人的素质不断提高， “开车不喝酒，喝酒不开车” 的观念已经深入人心，但是道德的约束力往往不具有强制性。法律是制约人们一切不正当行为的利器，但是我国关于酒后驾驶的相关处罚实在是太轻了，无足到人们根本不把它放在心上，按照一些学者的观点，法律并没有对这种对公共安全不负责的行为“零容忍”, 还提出了罪刑不相适的观点。 因此，除了道德的约束，法律的威慑，我们还应该研究一种酒后驾驶智能闭锁系统，能够有效的防止酒后驾驶造成危害，强制性防止酒后驾车，降低交通事故的发生率。1.1.2 课题研究的意义醉酒驾驶行为由原来的违法行为变成了犯罪行为，整个性质意义发生了根本的变化，加大了醉酒驾驶的惩罚力度，填补了法律在此处的空白，给醉驾者以足够震慑。公民也应该履行自己的职责，应该提醒自己的朋友让他们意识到酒驾的危险性。本设计的意义在于帮助公民更好的对自己负责，更好的履行一个合格公民的职责。在收到本设计系统的提示后，应当立即停止错误的行为。这不仅维护了自己的生命安全，也给社会的公共安全尽到了义务，给社会的安全稳定贡献了自己的力量，避免悲剧的发生，避免了社会的损失。因此，本设计对于驾驶者个人，对社会都有深远的影响和重大的意义。1.2 预防酒驾的国内外研究现状1.2.1 国外研究现状(1) 酒精锁 瑞典等国规定，多次因醉酒驾车而受到处罚的司机，用车被强制安装酒精锁。酒精锁是一种车载检测装置，司机向酒精锁配备的酒精检测仪呼气，经仪器测试认定司机没有饮酒后，酒精锁才会开启，否则汽车无法发动。(2) 酒精探测仪意大利科学家开发了一种名为“天使” 的新型车载酒精探测仪。当司机呼出的气体中酒精浓度超标时，探测仪会发出蜂鸣声警告。如果司机不停车，探测仪将通过车载电脑自动发出指令，迫使汽车无法启动或逐渐停止行驶。61.2.2 国内研究现状我国对于这方面的研究还是相对比较少。青岛盛源达电子科技有限公司最新研究开发、投入生产的“汽车酒后控驾防盗器” 是国内新型高新技术。在车辆上安装酒后控驾防盗器之后，驾驶人员在车辆启动前需要进行吹气检测，当呼出的气体中酒精浓度高于国家交通部门制定的标准时，能及时断开点火电路和发出报警声，并用延时装置使驾驶人员能有机会休息以便醒酒，能有效地防止酒后驾车，该设备不受同车饮酒人员的影响。1.3 设计内容本设计主要包括以下几个方面的内容： (1)设计智能闭锁系统的功能、结构组成以及控制系统中的功能模块； (2)以 AT89S52 为核心，功能模块划分为酒精传感器酒精浓度信号采集放大电路、AT89S52 微控制器接口电路、蜂鸣器报警电路、酒精浓度显示电路、继电器接口电路等 ；(3) 软件编程。按照软件实现的功能，分为酒精传感器模拟输出电压线性化处理、气体浓度显示、报警、继电器驱动子程序等； (4) 硬软件结合调试。 1.4 论文结构本论文主要包括以下内容：第 1 章 绪论主要介绍本课题的研究背景、目的、意义及现在的国内外发展状况;第 2 章 本设计的总体设计方案，详细介绍了系统框架，并对各个模块的实现以及相关的功能模块进行了简要的概述。第 3 章 系统硬件结构设计。对各个模块的硬件电路实现单元进行了详细的介绍，给出了各个模块的详细电路图和各元件参数。第 4 章 系统软件设计。分类介绍了各个单元实现的流程图和详细程序代码。第 5 章 系统软硬件调试。对系统进行调试，完成功能，最终给出结论。第 6 章 总结与展望 第二章 防酒后驾驶控制系统的设计方案2.1 设计思路本研究设计的酒后驾驶智能闭锁系统，采用燃料电池型酒精传感器，通过该酒精传感器检测驾驶员呼出气体的酒精含量，判断是否超过安全驾驶标准，而且要求通过硬件系统处理，能够显示该酒精浓度，使驾驶员能够清楚的看到7已经饮酒过度，所以需要选择一种显示仪器来显示驾驶员呼出气体酒精浓度值，基于这种要求，本次设计选用 LCD 显示模块，为了避免乘客座位上的酒精散发到驾驶位产生误检测，我们设计了三个传感器，通过比较三个传感器的值来判断是否司机醉酒。为了能够警示驾驶员不要酒后驾驶，本系统中需要设计一种报警系统，能够在驾驶员欲酒后驾驶时，发出警告提示。该智能闭锁系统的最主要功能是为了当检测到司机呼出气体内酒精浓度超标时，能够自动切断汽车引擎电源，所以需要一种执行机构能够自动的切断汽车引擎电源，本次设计选用继电器来达到这个目的，通过继电器的动作来控制汽车引擎电源是否开启。2.2 系统方案设计基于以上的构思，设计了基于单片机的酒后驾驶系统的系统框图如图 2-1。图 2.1 系统硬件原理框图本系统主要由电源模块、酒精传感器、AT89 系列单片机、模数转换模块、LCD 显示模块、报警模块、继电器驱动模块等组成，其主要任务是采集酒精传感器的输出电压信号，放大后经过 ADC0809 模数转换和 AT89S52 单片机处理，当检测到司机位酒精浓度超过标定值时，能够通过 LCD 显示传感器的输出电压值，并通过报警模块和驱动继电器动作，切断汽车引擎电源。其模块框图如图2-2 所示图 2-2 系统模块框图A D C 0 8 0 9 A T 8 9 S 5 2L C D 显示继电器蜂鸣器酒精传感器电源供电汽车引擎数字量控制转换单片机最小系统数据采集模块显示模块继电器驱动模块电源模块报警模块82.2.1 酒精传感器的选型方案一：采用半导体型传感器，这种半导体在不同工作温度时，对不同气体敏感程度是不同的，但是由于半导体型酒精传感器感度低、不能精确计量、稳定性和重复性差、以及功耗大。 方案二：采用燃料电池型酒精传感器，燃料电池型酒精传感器属于电化学类型。燃料电池型酒精传感器的特点：测量精度高，可测范围宽。由于它只对酒精气体反应，所以任何其他非酒精气体测量时给结果带来的干扰都很小。基于本次设计要求和使用环境、成本等方面的考虑，本次课题选用燃料电池型酒精传感器。 2.2.2 单片机的选型单片机的设计系统克服了纯数字电路系统设计中存在的缺陷，但单片机的选型决定了系统的性能。方案一：采用 AT89C2051 芯片，它具有体积小、功耗小。含有中断、定时/计数器。虽然其价钱相对便宜，但 IO 口数和存储空间相对较少，所以此芯片不利于系统的工作和系统功能的扩展。方案二：采用 AT89S52 芯片，它具有 AT89C2051 和 AT89C51 芯片的所有功能，且 IO 口数非常多，比 AT89C2051 和 AT89C51 多。价钱虽然比AT89C2051 和 AT89C51 昂贵，但存储空间非常大，可以到达 8K。而本次的设计正需要此容量的空间。综上所述，我选择 AT89S52 芯片作为本次设计的主控芯片。 .2.2.3 模数转换芯片的选型ADC0809 是一款 8 通道复用的 8 位 AD 转换器，数据获取的关键部分是它的 8 位模/数转换器。这个部分主要是由 3 部分组成： 256R 的阶梯网络、连续逼近的电阻和比较器。连续逼近电阻（SAR）通过 8 次迭代去大约逼近输入电压，只要输出是几位，那么就需要几次迭代。SAR 通过 8 组开关组和比较器完成获取输入电压对应参考电压的数字信号。基于本次设计的要求，选用 ADC0809 模数转换芯片。第三章 系统硬件设计硬件是整个系统正常工作的基础，防酒后驾驶控制系统硬件电路根据蜂鸣器报警、数据采集、显示、算法、存储五个模块分为酒精传感器测试电路、信号放大电路、A/D 转换电路、单片机最小系统、控制电路、显示电路、