基于单片机的汽车醉酒禁驾系统设计毕业设计.docx

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基于单片机的汽车醉酒禁驾系统设计毕业设计

基于单片机的汽车醉酒禁驾系统设计毕业设计

第1章概述

1.1选题的依据和课题的意义

根据WTO数据，2003年全世界人均纯酒精消费量为6.2L，其中欧洲地区人均纯酒精消费量达11.9L，美洲地区人均消费量为8.7L。

俄罗斯及其周边的东欧国家酒精消费量最高，其次为欧洲其他国家。

在人均国民生产总值低于7000美元的低收入国家，酒精消费量与人均国民生产总值有关，人均国民生产总值越高这个国家或者地区的酒精消费量也就越高。

随着我国近些年来高速发展的经济水平和居民生活水平，私家车的占有率直线上升，几乎做到每家都有一台或者几台私家车了。

但是，随着私家车的普及，带来了交通事故的频频发生，特别是因为酒后驾车所引发的交通事故，给自己和他人的生命财产带来严重的威胁，同时也给国家和社会带来了巨大的经济损失。

因此，对于每辆汽车安装智能的醉酒禁驾系统是很重要的，在每次驾驶之前自行检测酒精浓度再决定驾驶员是否可以安全驾驶，这不仅是对自己赋有责任感的表现，也是对国家，对社会赋有责任感的表现。

酒后驾车上路的危害一是触觉能力下降。

科学研究发现，驾驶员在没有饮酒的情况下行车，发现前方有危险情况，从视觉感知到踩制动器的动作中间的反应时间为0.75秒，饮酒后尚能驾车的情况下反应时间要减慢2至3倍，同速行驶下的制动距离也要相应延长，这大大增加了出事的可能性。

饮酒后驾车，因酒精麻醉作用，人的手、脚触觉较平时降低，往往无法正常控制油门、刹车及方向盘。

二是判断能力和操作能力降低。

饮酒后，人对光、声刺激的反应时间延长，从而无法正确判断距离和速度。

三是视觉障碍。

饮酒后会使视力暂时受损，视像不稳，辨色力下降，因此不能发现和正确领会交通信号、标志和标线。

饮酒后视野还会大大减小，视像模糊，眼睛只盯着前方目标，对处于视野边缘的危险隐患难以发现。

1.2选题的目的

汽车的普及，虽然给人们带来了很大的出行方便，但随之而来也有很大的伤害，据统计，全球每年死于道路交通事故的人数已超过120万，其中95%的事故死亡是由于酒后驾车引起的。

为了减少酒后驾车带来的危险，我国采取了严厉的法律制裁那些酒后驾车的人，可是还是有很多人以身试法造成难以挽救的灾难。

为了减少因酒后驾车引发的交通事故，全世界都在研究有效、灵敏的检查酒精浓度仪器。

为了检查酒驾，警察常常使用一种便携式的酒精呼吸检测仪。

通过检测驾驶员呼出的气体判断驾驶者是否饮酒，而目前使用的酒精呼吸检测仪只能初步显示驾驶员是否饮酒，具体酒精浓度含量还得通过血液检测才能测得。

从理论上说，要判断是否是酒后驾驶，最简单可行的方法是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。

大量的统计研究结果表明，如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟以上，这时呼出的气就是从肺部深处出来的气体，呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量。

根据国家质量监督检验检疫局发布的《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验》（GB19522—2004）中规定，该规定指出，饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾驶行为。

醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。

为了能精确的测量出驾驶员是否属于酒后驾车，同时为了减少酒后驾车引起的交通事故我设计了本系统。

1.3国内外研究概况

受20世纪信息技术快速发展的影响，传感技术逐渐走向成熟，在生活生产中得到了广泛的应用。

由于传感器在各个领域都有着举足轻重的作用，因此，高精度、高可靠性、微型化、低功耗和智能数字化成了其发展方向。

为了检查酒驾，警察常常使用一种便携式的酒精呼吸检测仪。

通过检测驾驶员呼出的气体判断驾驶者是否饮酒，而目前使用的酒精呼吸检测仪只能初步显示驾驶员是否饮酒，具体酒精浓度含量还得通过血液检测才能测得。

后来英国推出一种超级酒精呼吸检测仪，能够根据体温、呼吸频率等情况，当场判断出驾驶员体内的酒精含量。

由此可见，高精度、高可靠性、微型化以及低功耗是酒精浓度检测仪今后发展的主流方向。

迄今为止，对气体中酒精含量进行检测的设备有燃料电池型、半导体型、红外线型、气体色谱分析型和比色型五种类型，但由于其他检测方法复杂且可操作性低，燃料电池型和半导体型受到大家的广泛关注。

燃料电池是当前世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染。

酒精传感器只是燃料电池的一个分支。

燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，是进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。

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，抗干扰性好的优点，但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，目前仅在美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，加上材料成本高，价格昂贵，通常是半导体传感器的几十倍。

1.4课题研究方法

（1）文献索引法：

利用学校图书馆资料和文献及通过网络查询相关资料对本课题有足够深的了解，为本设计的具体模块电路做好理论准备。

（2）调查法：

与身边的同学和朋友进行交流，充分考虑本设计实现的功能，尽可能完善该设计的功能。

（3）对比分析法：

与目前市场上相关产品进行比较，发现该醉酒禁驾系统存在的不足以及可以优化的部分，加以改进。

1.5设计构成及研究内容

该控制系统以52内核单片机和气敏酒精传感器为核心，具有声光报警和LCD显示功能。

为了满足不同环境下的检测，可以根据不同的环境设置不同的阈值，超过阈值即进行声光报警，提示危害。

软件编程采用的是C语言。

设计主要包括以下内容：

第1章：

概述了国内外对醉酒驾驶的关注，介绍了选题的背景、意义、目的以及选题的研究方法。

第2章：

介绍基于单片机的汽车醉酒禁驾系统的工作原理和结构。

第3章：

基于单片机的汽车醉酒禁驾系统的硬件设计，给出系统的完整电路图，并介绍该系统应用到的各种器件工作原理和接线图。

第4章：

主要讲述了系统的软件实现部分和系统流程图。

第5章：

介绍系统的软、硬件调试过程，并且给出完整的实物图。

第2章系统的工作原理与结构

2.1系统的工作原理

汽车醉酒禁驾系统是检测驾驶员所处环境中的酒精浓度，在LCD显示器上显示出检测的结果数值并且当检测值超过设定阈值时，禁止汽车启动。

同时本设计所做的控制系统除具有这个基本功能外，还可通过手动随意设置酒精浓度的阈值，以划定不同环境条件下酒精的安全界限，同时具有声光报警功能。

它主要由酒精传感器、模数转换器、单片机、LCD显示、键盘模块、继电器部分以及声光报警部分组成。

汽车醉酒禁驾系统以单片机为核心部件，单片机选择STC89C52型号，该芯片为52内核8位单片机，内部集成了数据传输及转换模块，适用于常用检测电路。

该系统还需外接额外的A/D转换器。

本系统数据的采集由酒精传感器MQ-3[2]完成，酒精传感器将检测的酒精浓度转换为电信号，然后将电信号传递给单片机，（由于单片机内部具有自己的模数转换器，所以不需要外接单独的模数转化器）经过ADC0804模数转换器转换成数字信号，同时单片机对所得到的数字信号进行分析处理，最后将分析处理的结果通过LCD显示器显示出来。

同时与根据键盘设定的酒精浓度阈值进行比对，如果检测到所处环境中的酒精浓度超过设定的阈值界限，那么单片机将会控制蜂鸣器发出声音报警并且点亮发光二极管以提示危害，同时单片机通过控制继电器的导通来控制汽车的启动与否。

2.2系统的结构框图

硬件系统结构框图如下图2-1所示：

图2-1系统结构框图

系统主要由酒精传感器模块，模数转换器模块，键盘模块，LCD显示模块，声光报警模块，继电器模块组成，通过单片机把这些模块有序的组合在一起，实现该系统的自动控制过程。

本设计使用STC89C52单片机为核心元件，该单片机内部无A/D转换器，还需外接单独的A/D转换器。

传感器选择最新型酒精传感器MQ-3，该传感器对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性，具有快速的响应和恢复特性，长期的寿命和可靠的稳定性，以及简单的驱动电路。

液晶显示器选择为LCD1602，LCD1602可显示两行英文字符，且内带ASCII字符库。

独立按键，用于存储酒精阈值浓度。

该存储器实现修改酒精阈值浓度的过程，可以使本设计应用在不同环境下。

本设计具有声光报警功能，如果传感器检测到的酒精浓度比酒精阈值浓度高，本设计会出现声光报警。

本设计控制汽车禁止启动部分选择普通小车进行模拟，当传感器检测到的酒精浓度高于酒精阈值浓度时，本设计通过继电器控制小车开关回路自动断开来实现禁驾功能。

2.3系统的整体结构特点

本文设计的汽车醉酒禁驾系统具有如下特点：

（1）数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路带有LCD显示、键盘响应电路和继电器电路，无需其他计算机，用户就可与之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。

（2）系统具有低功耗、小型化、高性价比、灵敏度高等特点。

（3）从便携式的角度出发，系统通过键盘设置酒精浓度的阈值，结合单片机的控制，实现了人机交互操作、界面友好。

（4）软件系统采用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。

2.4系统的设计内容

（1）主控芯片的选择：

在此设计中选择了C51系列单片机，熟悉C51系列[1]芯片怎样控制外围硬件电路。

（2）酒精浓度检测模块的设计：

酒精浓度常用酒精传感器来检测[3]，了解该传感器的工作原理，制作数据采集模块完成数据的采集。

（3）键盘模块的设计：

要通过键盘完成设定不同环境中酒精浓度的阈值。

（4）声光报警模块的设计：

超过设定的阈值直观地给予警示。

（5）液晶显示模块的设计：

准确显示出检测到的数据。

（6）继电器控制启动模块的设计：

根据检测到的酒精浓度来实时的控制汽车的启动。

（7）各个硬件模块电路衔接。

（8）PCB的布板、元件焊接及功能调试。

2.5本章小结

本章说明了基于单片机的汽车醉酒禁驾系统的工作原理和系统的结构。

当系统所处的环境中酒精浓度超过设定阈值浓度时，单片机通过控制继电器的导通，实现对汽车禁止启动的控制。

并且系统还具有声光报警和LCD显示的功能。

第3章汽车醉酒禁驾系统的硬件设计

3.1单片机的选择

3.1.1单片机概述

MCS-51单片机是美国Intel公司于1980年推出的一款相当成功的产品，该系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品之一，该系列单片机是在一块芯片中集成了CPU，RAM，ROM，定时器/计时器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。

该系列单片机主要包括8031，8051，8751和80C51等通用产品。

MCS-51单片机中，64K字节程序存储器的地址空间是统一的。

对于内部ROM的单片机，在正常运行时，应把EA非引脚接高电平,使程序从内部ROM开始执行。

当PC值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存储器空间。

因此外部程序存储器地址空间为1000H～FFFFH。

对这类单片机，若把接低电平，可用于调试程序，即把药调试的程序放在与内部ROM空间重叠的外部程序存储器内，进行调试和修改。

8031单片机无内部程序存储器，地址从0000H～FFFFH都是外部程序存储器空间。

因此应始终接低电平，使系统只从外部程序存储器中取址。

本次设计选用的是STC89C52单片机[4]，STC89C52单片机是低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有4K系统可编程Flash存储器。

使用宏晶高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统上可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash存储器，使得STC89C52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活，超有效的解决方案。

STC89C52单片机具有