防醉驾汽车电子锁设计8596607Word格式.docx
《防醉驾汽车电子锁设计8596607Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《防醉驾汽车电子锁设计8596607Word格式.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业设计时间
2014年11月~2015年4月
一、选题的目的及意义
统计表明，驾驶员酒后驾车，发生事故的可能性是平时的15倍，30%的道路交通事故是由酒后开车、醉酒驾车引起的。
驾驶员死亡档案中有59%与酒后驾车有关。
触目惊醒的数字告诉我们，酒后驾车严重的危害着交通安全，害人害己害社会。
在平时生活中，人们免不了各种应酬，喝完酒后又没什么自制力，抱着没关系，麻痹大意的态度醉酒驾车，最后酿成惨剧才后悔莫及。
那么，我们为什么不去设计一款能安放在汽车上并能防止醉酒驾车的产品呢？
二、设计的主要内容
1.电路图设计及PCB生成：
通过搜索资料以及所学知识，想好如何实现所需功能，在将所需要的一些器件以及电路图画好。
2.利用altiumdesign对pcb板进行仿真
在altiumdesign对电路进行仿真，查出电路图中所存在的缺陷以及错误的画法，通过仿真确定该设计电路能不能实现酒后驾车控制原理。
并测试在各个情况下电路的数据记录。
3.酒精含量以及相关参数的计算
通过查找资料看多少浓度的酒精算是酒驾，以及测试产品的灵敏度。
4.完成相关元器件的选择
根据参数对相关元器件进行选型。
5.完成整体系统的整体设计
6.系统的调试结果
关键字：
点火系统；
酒传感器；
继电器；
语音电路
三、设计的要求（包括技术要求、工作要求）
1.画出大概的电路图
电路图由USB电源设计，气敏传感器，电压比较器，继电器控制电路，点火开启关闭，语音系统。
3.综合参考文献中的设计经验，驾驶员坐上驾驶室时首先要呼气检测驾驶员酒精浓度，当酒精检测仪检测到的酒精浓度大于20mg／100ml时，属于酒后驾驶，输出信号由继电器控制汽车点火系统的不能工作，汽车不能实现点火，汽车停驶，反之驾驶室酒精检测仪检测出驾驶员酒精浓度没有超标，检测出的信号传输出来，经电压比较，、三极管过度到继电器，继电器常闭状态仍然常闭，点火系统启动部分电子电路工作，实现点火工作，汽车正常运行。
4.在进行连接时，注意线路不乱连，但单片机的接口连接准确。
其中包括：
USB电源的设计
酒精传感器：
电压比较器：
语音设计电路：
5、参考文献
[1]陈森昌.防止饮酒驾车技术的现状及其车载的发展方向[J].广东技术师范学院高校数控技术重点实验室，510665
[2]欧尚居.酒后驾驶的研究现状与发展方向[J].TRANSPORTNSTANDARDIZATION.2011，ISSUE（No.244）
[3]黄晖.酒后驾车检测技术的现状与发展[J].济宁职业技术学院，272037，中国科技信息2013年第12期
[4]张红霞，邓正华，谢娜，张先国.酒后驾车血液呼气中乙醇检测方法评价[J].四川大学华西法医学院，成都610041.刊事技术2003年第5期
[5]杨娜，李孟源，贾磊.传感器与检测技术[M]
[6]周俊峰.怎样选用继电器[M].工业出版社，1985.第一章继电器分类
[7]梁廷贵.遥控电路可控硅触发电路语音电路分册[M]
[8]杨连福，蒋芳，邢世凯.汽车电器与电子设备[M].北京：
机械工业出版社，2009.2
[9]周俊峰.怎样选用继电器[M].工业出版社，1985
[10]上海无线电八厂.继电器及其应用[M].哈尔滨：
工业大学出版社，1978
[11]李琳，李爱传.酒精浓度测试仪设计[J].黑龙江八一农垦大学信息技术学院.黑龙江大庆163319
[12]姜桥.电子技术基础[M].人民邮电出版社.2009年9月.9787115200587
[13]李锦春.常用小功率晶体三极管手册[M].人民邮电出版社，1985
[14]魏学业。
传感器技术与应用[M].华中科技大学出版社，2013
[15]AbuSadatNurullah.Theprevalenceofalcohol-impaireddrivinginAlberta[D].UniversityofAlberta（Canada）,2010
[16]A.Arora.Analyzingtheprocessfordesignofmediacampaignagainstdrunkdriving--roadsafetyintencountries（RS10project）inIndia[J].InjuryPrevention,2012,18（Supplement）.
[17]YoshitsuguFujita,KenInoue,AkiraSakutaetal..AnepidemiologicalanalysisofdrunkdrivingaccidentsinKagawaPrefecture–Comparisonof1997–2000and2003–2006[J].JournalofForensicandLegalMedicine,2008,15（7）.
[18]M.Jagannath,VenkateshBalasubramanian.Assessmentofearlyonsetofdriverfatigueusingmultimodalfatiguemeasuresinastaticsimulator[J].AppliedErgonomics,2014.
[1]题目类型：
（1）工程设计
（2）实验研究（3）计算机软件设计（4）艺术设计（5）应用文科
[2]题目来源：
（1）教师科研课题
（2）生产实际题（3）学生自选题
阶段
工作内容
起止时间
备注
1
完成任务书的填写，确定任务
2014.11.15-2014.11.25
2
开始论文工作并完成第一稿
2014.11.26-2014.1.12
3.
完成修改稿
2015.2.1-2015.4.1
5.
完成定稿
2015.4.2-2015.4.30
6
答辩
2015.5.7-2015.5.20
六、指导教师意见
指导教师签名：
年月日
七、所属系（教研室）意见
负责人签名：
八、学院（部）意见
主管院长（或部主任）签名：
防止醉驾汽车电子锁设计
（吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首416000）
摘要
由于醉酒驾车给各国都带来了非常大的危害,所以设计一种智能控制系统防止醉酒驾车。
该系统主要由酒精传感器、电压比较器、继电器、语音报警模块、电源组成，主要将检测到驾驶员饮酒后人体酒精浓度的大小以电压信号输出，再通过电压比较器的比较后决定输出高电压还是低电压，然后在将信号输送到继电器控制电路，当驾驶员酒精浓度超标时继电器控制点火系统启动电路不能工作，汽车停驶，同时语音系统实现报警功能。
关键词：
汽车；
酒后驾车；
语音报警系统
DesignofCarElectronicLocktoPreventDrunkDriving
GeQuan
（CollegeofPhysics,MechanicalandElectricalEngineering,JishouUniversity,JishouHunan416000）
Abstract
Asdrunkdrivinghasbroughtgreatharmtoallcountries,itisnecessarytodesignanintelligentcontrolsystemtopreventdrunkdriving.Thissystemismainlycomposedoftheethanolsensor,voltagecomparator,relay,voicealarmmodule,andpowersupply.Thesystemoutputthisinformationthroughthevoltagesignalbydetectingalcoholconcentrationofdriver,andthendeterminestheoutputishighvoltageorlowvoltagethroughthecomparisonofthevoltagecomparator.Thesignalsaretransmittedtotherelaycontrolcircuit,sowhenthealcoholconcentrationofthedriverexceedsthestandard,thestart-upcircuitoftherelaycontrolignitionsystemcannotwork.Theautomobilewillstopmoving,atthesametime,thespeechcircuitwillperformsthealarmfunction.
Keywords:
automobile；
drunkdriving；
Theignitionsystem；
thevoicesystem；
目录
第一章绪论1
1.1选题的背景及意义1
1.1.1选题的背景1
1.1.2选题的意义1
1.2国内最新研究现状及发展前景1
1.2.1国内研究现状1
1.2.2发展前景1
1.2.3酒精检测仪2
1.3设计内容2
1.4设计方法3
1.4.1电路图设计及PCB生成3
1.4.2仿真分析法3
第二章防酒后驾车方案的选择4
2.1防醉酒驾车两种控制方式4
2.2方案选择5
2.3设计框图5
第三章防醉驾电子电路设计6
3.1USB电源设计6
3.1.1酒精度传感器检测方式的选择6
3.1.1.1湿化学法6
3.1.1.3电化学方法6
3.1.1.4红外光谱法6
3.1.2酒精测试仪型号的选择7
3.2电压比较器8
3.3.继电器控制电路9
3.4点火系统开关启动电路部分设计10
3.5语音电路设计10
3.6防醉驾系统11
3.7电路仿真12
3.7.2继电器控制电路仿真14
3.8总结17
参考文献18
第一章绪论
1.1选题的背景及意义
1.1.1选题的背景
2010年8月，十一届全国人大常委会第十六次会议将首次审议刑法修正案（八）草案，醉酒驾驶或被判刑[1]。
在2012的新的《刑法》规定，醉酒驾驶处罚第一百三十三条介绍，对在道路上追逐竟驶，情节恶劣的,处拘役，扣留驾驶机动车，并罚款。
新规定将于2013年1月1日在全国统一实施,从新条例中明确惩罚家中，只要触碰到几条高压线，12分就一下子被扣光。
1.1.2选题的意义
我国交通部的统计数据表明,近年来我国因驾驶员酒后驾车所导致的交通事故平均每年有25万余起,造成约5万人死亡,直接经济损失近13亿元[2]。
2010年世界卫生组织的事故调查报告显示，有50%-60%的交通事故是和酒后驾驶有关的。
可以看出酒后驾车是交通事故发生的首要原因。
所以酒后驾车，特别是醉酒驾车对道路交通安全的影响非常严重。
那么我们就必须研究一个防止醉酒驾车的装置。
这可以避免司机醉酒后驾车引起交通事故，让人们的生活更加美好，和谐。
1.2国内最新研究现状及发展前景
1.2.1国内研究现状
窗体顶端
窗体底端
我国在这方面的研究比较少，香港一家公司发明了一种名为i—KEY的车钥匙，可以有效而方便地避免醉酒驾驶产生的交通事故。
这种钥匙里面含有感应器、远程信息处理等等，在外面看来，它只是比车钥匙多了一条锁棒而已。
在使用之前，司机必须先按锁棒上的开关，待上面绿灯亮了，在对着锁棒吹气两秒钟[3]。
如果呼入锁棒气体中酒精含量少于规定值时，它会立刻开锁，棒锁收起来，这样车钥匙就能成功的插入钥匙孔，启动发动机。
否则，车钥匙会亮起红灯，锁棒就不能收起来，车子也就不能成功的启动。
1.2.2发展前景
基于国内的现状，这样能实现自我防御，和自我保护的装置拥有非常宽广的市场及应用前景。
政府也必定会在财力和技术方面给予一定的支持，各个汽车制造厂
也会对这种技术有非常大的期待，然后与之合作。
这样一种装置能否在最后应用到汽车上，达到普及，这需要我们不断的研究，不断的尝试和努力，让其符合人们的需要。
1.2.3酒精检测仪
研究表明，酒精不仅会降低驾驶员的反应能力和视线，而且还会让驾驶员的判断能力出现错误。
现在有许多检测人体内酒精浓度的检测工具，所以我们有很多种检测方法主要有人体血液取样检测，汗液取样检测，呼气酒精含量检测。
不同的场合我们的检测方法也会不同，平时在道路上交通部门人员检测过往车辆驾驶员是否有酒后驾车时通过呼气式的检测仪。
它是让驾驶员对着检测仪呼气，然后那个呼气式检测仪就会显示一个酒精浓度的数据。
与标准的酒精浓度对比下，就知道驾驶员有没有醉酒驾车了。
呼气式的检测方法比血液、汗液取样检测更加的简捷，方便，但是在检测的准确度上会稍有逊色[4]。
为了让醉酒驾车造成的事故更少，各国都在加紧研究更好的防止醉驾的装置。
一个好的防酒驾装置要实现两个方面的作用，第一能精确的检测出驾驶员是否醉驾，第二能关闭发动机，让驾驶员无法启动汽车，从而减少交通事故。
国内外发明的防醉酒驾车检测的装置主要有酒精呼气检测仪，皮肤接触式酒精探测器，远程酒精探测仪，利用嗅探器检测驾驶室气体的酒精含量；
手持式非接触酒精检测器；
激光测量酒精装置，检测的是汽车内乙醇蒸汽含量；
汗液酒精检测装置，是通过人体的汗液进行检测。
1.3设计内容
通过酒精检测仪检测驾驶员酒精浓度，输出相应的信号给电压比较器，电压比较器再输出相对应的高低信号给继电器和语音报警系统。
继电器连接发动机的启动电路，通过电磁铁的通断电来实现对发动机线路通断的控制。
具体的细节操作：
根据系统的需要以及现实生活中的便宜，我们选用选MQ--3型气敏传感器来检测驾驶员呼出的气体；
了解电压比较器的功能原理；
继电器控制电路的设计，以及继电器控制电路和点火系统启动部分的连接；
学习proteus，绘制防酒后驾车系统电路图，制作PCB[5]。
1.4设计方法
1.4.1电路图设计及PCB生成
用proteus画出电路图，并在其中选出电路需要的元器件，根据设计需要绘制防酒后驾车设计的电路图，通过该电路图生成PCB图。
1.4.2仿真分析法
用proteus软件对电路进行仿真，找出其中的缺陷以及不足地方，再进行一定的修改。
通过仿真确定该设计电路能不能实现酒后驾车控制原理。
第二章防醉酒驾车方案的选择
2.1防醉酒驾车两种控制方式
单片机控制点火系统：
这个系统主要是通过酒精传感器、转换器、单片机控制系统、继电器、电机等组成。
工作原理是通过酒精传感器检测驾驶员呼出气体的酒精浓度，然后传感器的信号经过A/D转换后输入到单片机中去，然后单片机根据逻辑判断处理，根据驾驶员体内酒精浓度和标定值比较来控制继电器的动作，进而控制汽车启动电机的工作。
如果酒精浓度超过正常值，那么电机就无法启动，这样就防止里驾驶员在酒后驾车。
单片机里事先写好了需要的程序，让其在输入特定值时就阻止发动机的启动。
图2.1单片机控制点火系统
传感器控制汽车供油系统：
汽车在发动开始走之前是需要供油系统供油的。
而防醉酒驾车系统通过传感器让汽车的供油系统没法供油，从而控制汽车的开启[6]。
这个系统有酒精检测仪、继电器、供油系统组成。
首先由酒精传感器检测驾驶员呼出的酒精，然后将信号传输到继电器中，如果检测的酒精浓度超过了正常值，那么继电器就切断车子的供油。
让其不供油，那么车子自然启动不了，从而达到控制酒后驾车的目的。
图2.2传感器控制汽车供油系统
2.2方案选择
和上面两种酒后驾车控制系统相比，本设计着眼于让防醉酒驾车系统安装在汽车已有的电路中.能让汽车电路只做很小改动的情况下，就实现防醉酒驾车的功能。
2.3设计框图
图2.3本次设计框图
第三章防醉驾电子电路设计
3.1USB电源设计
图3.1USB电源设计
这个USB电源是为整个酒后驾车系统提供电量的，VCC是5V电源，D+是电路线端口无限延伸，D—是无限缩短的电路线端口，GND是接地端，S1控制电源的通断，当S1断开时，整个防酒后驾车系统就停止工作。
3.1.1酒精度传感器检测方式的选择
因为抽血化验，便液检测很繁琐，不够方便，需要的条件多，结果显示不够迅速，所以我们在选择检测驾驶员驾驶汽车时酒精浓度就不能用这两种检测方式。
而呼气式酒精检测仪相对其他方式直接，简便而且可靠，能把检测的结果迅速的通过信号传送给下面的电路系统[7]。
3.1.1.1湿化学法
湿化学方法的定义是有液体参加的，通过化学反应来制备材料的方法。
这一方法在很久以前就开始应用了。
检测的方法是用酸性高锰酸钾溶液氧化酒精蒸汽，再根据溶液的褪色的时间检测酒精浓度，现在这个方法仍然是世界上很多国家的检测工具。
3.1.1.2气相色谱法
酒精被汽化后，跟着载气进入色谱柱，利用他们在柱内不同的迁移速度，最后得到分离。
分离后就进入氢火焰离子化检测器，再通过和色谱图上的标准进行对比，得到其法定值。
3.1.1.3电化学方法
电化学方法是通过驾驶员呼出气体中酒精被催化氧化后释放的能量，再将这个能量转换成电流变化，在从这个变化中看酒精浓度的高低的一种方法。
这种测试仪的精确度较高，操作起来较简便，同时也兼具稳定性，在现实生活中应用较广泛。
3.1.1.4红外光谱法
红外线光谱法是根据红外线被酒精分子吸收的程度，来判断酒精的含量。
现在科技越来越发达，这个方法也正被应用到社会中去[8]。
3.1.2酒精测试仪型号的选择
考虑到方便和经济方面的问题，酒后驾车设计中的酒精检测器材用MQ—3型酒精传感器，来判断驾驶员是否有酒后驾车。
MQ-3气体传感器对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性（能排除汽油、烟雾、水蒸气的干扰），同时他具有长期的使用寿命和可靠的稳定性，它的驱回电路也比较简单。
这样它很好的具备了成为一款优秀的车载酒精检测仪所需要的条件。
这个传感器可以检测不同浓度的酒精，是一种适合多种应用的低成本的传感器。
它对不同浓度的酒精会有不同的电阻值。
1端是提供5V电压的电源，2端接地，3端通过酒精传感器测试的结果以模拟的信号输出。
图3.2酒精传感器
MQ3输出信号同酒精浓度为近似的线性关系，如图3.3所示。
图3.3酒精浓度同输出电压的近似关系图
表3.1MQ3传感器参数表
A.标准工作条件
符号
参数名称
技术条件
Vc
回路电压
≤15V
ACorDC
VH
加热电压
5.0V±
0.2V
RL
负载电阻
可调
RH
加热电阻
31Ω±
3Ω
室温
PH
加热功耗
≤900mW
B.灵敏特性
技术参数
Rs
敏感体电阻
1MΩ-8MΩ
（200ppmalcohol）
适用范围：
10-1000ppmAlcohol
α
（200/100）alcohol
浓度斜率
≤0.6
标准工作条件
温度：
20℃±
2℃Vc:
5.0V±
0.1V
相对湿度：
65%±
5%Vh:
3.2电压比较器
图3.4电压比较器
电压比较器输入是线性量，输出是开关量。
它通过将输入的电压与特定的电压值进行比较，再通过比较的结果来判断输出高电压还是输出低电压。
电压比较器在许多场合都有应用（自动控制、波形产生与变换、模数转换）。
在防醉酒驾车系统中，电压比较器起到一个非常关键的作用，它通过将酒精传感器输出的模拟信号与一个参考固定电压对比，当输入端大于参考电压时，电压比较器输出一端会输出低电压，对D1，D2截止；
反之，电压比较器输出低电压。
3.3.继电器控制电路
图3.5继电器控制电路
该电路中继电器的使用型号：
HK4100F—DC5V—SHG；
触点负载：
3A220VAC/30VDC；
阻抗：
≤100mΩ；
这种继电器由控制线圈、触电簧片组成，他们彼此之间相互绝缘，当在线圈两头加上额定的电压时，线圈中就有电流通过，由电磁效应，就产生了磁性，从而吸住触电簧片使发电机点火电路断路[9]。
这种继电器价格适宜，耐用不会轻易损坏，转换的效率也比较高，所以适合我们的电路。
1端口接点火总开关，5端口接点火线圈。
1、5为继电器常闭端，2、6为继电器常开端。
这个电路是由三极管基极的高低电压来控制电路的通断，当是高电压时，继电器工作，线圈通电，常开触点闭合，即2、6端闭合，1、5断开。
3端输入的信号通过4端接地。
发动机电路断开，汽车无法启动。
反之输入低电压时，电路截止，发动机正常运行。
继电器中的线圈是有电阻的，在驱动它的时候需要较大的电压，所以把继电器当成负载直接接在集电极上。
同时可以在继电器电路中加入一个发光二极管来判断继电器是断开还是吸合的。
我们也在继电器线圈上并联一个二极管，这是为了防止晶体管被击穿。
3.4点火系统开关启动电路部分设计
图3.6点火系统
SW_C1是点火开关，蓄电池为汽车点火提供电力，它一端接电火线圈，另一端接在继电器上。
如果继电器不工作，那么汽车能实现正常的打火。
3.5语音电路设计
图3.7语音系统
三极管的基极输入端接电压比较器的输出端，如果电压比较器输出高电压，那么语音报警系统工作，实现报警。
如果输出低电压，那么三极管截止，语音系统不工作。
这个语音芯片是高端驱动芯片，有自我保护的功能，非常适合本次设计[11]。
三极管的型号是8550。
3.6防醉驾系统
图3
升级会员 