汽车防酒驾安全系统.docx
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汽车防酒驾安全系统
酒后驾驶研究论文
摘要
近几年，因酒后驾驶造成的多起交通事故极大地危害着群众的生命财产安全，为了减少甚至杜绝这种现象，目前通常是采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行检测，以确定驾驶人员是否饮酒。
市场上警用酒精测试仪种类繁多、功能强大、灵敏度高，但是由于它没有安装在汽车内部，只能由交警人员来实施，这既浪费警力，又不方便，也不能从根源上解决此类问题，因此酒后驾车事件仍时有发生。
本系统提出了一种基于STC单片机的酒精检测控制报警器，该仪器将安装在汽车内，当驾驶人员预开启汽车时，必须通过系统的酒精测试装置，系统将根据检测到的酒精含量是否超标控制汽车点火器打开或者关闭，如果超标，则驾驶人员无法启动汽车，因此从根本上杜绝了酒后驾车的出现。
该系统具有性价比高，智能化程度高，工作稳定可靠的优点。
关键字：
酒精传感器、单片机
目录
1系统工作原理：
1
2系统电路设计2
2.1系统硬件设计2
2.1.1电源电路（图2.1.1）2
2.1.2单片机电路2
2.1.3信号采集电路4
2.1.4酒精信号检测电路4
2.1.5气体压力检测电路5
2.1.6信号放大电路5
2.1.7指示灯和液晶显示电路6
2.1.10信号通道切换电路（图2.1.12）9
2.2系统软件设计9
结语10
附录2：
传感器参数13
1.酒精传感器MQ-3（图2.1.5）13
2.压力传感器TTP501（图2.1.6）14
附录3：
参考文献附录16
附录4：
电路原理图17
附录5：
程序源代码18
1系统工作原理：
系统采用驾驶员主动呼气方法,以判断驾驶员是否是酒后开车,总体方案设计如附录1所示。
该系统可放置在汽车仪表盘位置,当司机发动汽车时,报警系统采用酒精传感器探测的气体信号进行检测。
由于酒精含量与酒精传感器检测后产生的电压信号成特定的比例关系，因而可根据电压信号进行酒精含量的判断。
检测到的信号经过放大之后，通过8位ADC转换为数字信号，由单片机对此信号进行处理判断，假设酒精含量没有超标，LCD显示屏幕显示当前酒精浓度，控制继电器打开点火装置，汽车就可以启动；反之，蜂鸣器报警，同时检测指示灯亮，控制继电器切断点火装置电源，驾驶人员将无法启动汽车，以此从根本上实现控制酒后驾车。
汽车启动后，该系统进入低功耗状态。
为了确保检测的酒精信号来自于司机本人，避免其它乘客饮酒带来的干扰，在系统中同时加入压力传感器，使得在一定的吹气压力下系统才开始检测。
2系统电路设计
2.1系统硬件设计
2.1.1电源电路（图2.1.1）
图2.1.1
2.1.2单片机电路
如图（图2.1.2）所示：
单片机电路主要由复位电路、时钟电路、电源等部件组成。
图2.1.2
STC89C58RC/RD+单片机（图2.1.3）是宏晶科技推出的新一代高速低功耗超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，以12个时钟为一个机器周期和以6个时钟为一个机器周期可以任意选择，HD版本和90C版本内部集成MAX810专用复位电路。
图2.1.3
1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051
2.工作电压：
5.5V-3.3V（5V单片机）/3.8V-2.0V（3V单片机）
3.工作频率范围：
0~40MHZ,相当于普通8051的0~80MHZ,实际工作频率可达48MHZ.
4.用户应用程序空间：
4k/8k/13k/16k/32k/64字节
5.片上集成1280字节或512字节RAM
6.通用I/O口（35/39个），复位后位：
P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上位（普通80581传统I/O口）；P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻。
7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
8.有EEPROM功能
9.看门狗
10.内部集成MAX810专用复位电路（HD版本和90C版本才有），外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。
11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器还可以当成两个8位定时器使用。
12.外部有中断4路。
13.通用异步串行口（UART），还可以用定时器软件实现多个UART
2.1.3信号采集电路
模拟信号主要有酒精浓度信号和气流的压力信号，采集的模拟信号通过AD转换为数字信号，然后由单片机完成处理工作。
AD工作在中断方式，这样可以提高MCU的实时响应能力。
2.1.4酒精信号检测电路
酒精检测电路（如图2.1.4）由高精度酒精传感器、气体压力传感器，信号运算放大电路、和AD转换器等组成。
主要功能是检测酒精含量，判断其是否超标。
同时，压力传感器感受司机呼出气体的压力，来判断司机是否吹气，并防止非驾驶人员喝酒对检测的影响。
图2.1.4
酒精传感器（图2.1.5）采用旁热型半导体式酒精气敏元件MQ3，它对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性，快速的响应恢复，长期的寿命和可靠的稳定性，探测范围为10～1000ppm，尤其适用于酒后驾驶人员的检测。
图2.1.5图2.1.6
2.1.5气体压力检测电路
图2.1.7
气体压力检测电路（图2.1.7）主要采用气体压力传感器TTP501（图2.1.6），由恒定电流或电压驱动，且输出信号宽，容易采集处理，探测压力范围宽为10psi～100psi,可用于检测干燥空气或无腐蚀性气体。
2.1.6信号放大电路
信号放大电路采用通用运放UA741（图2.1.8），它具有高的开环增益，内部自带短路保护，供电电压范围很宽，具有很高的性价比。
A/D转换采用美国德州仪器公司出品的8位模数转换器ADC0804LCN，它具有简单的RC时钟电路，模拟信号采用差分输入，具有较高的模抑制比。
图2.1.8
2.1.7指示灯和液晶显示电路
指示灯电路（图2.1.9）有两个指示灯。
一个是电源指示灯，工作时亮；另一是检测提示灯，当该灯亮时，表明酒精含量已超标，不可驾驶；反之，酒精含量未超标，驾驶员可以驾驶。
液晶显示电路用来显示测定得到的酒精的浓度。
液晶显示电路采用JM1602字符液晶，这是一款低功耗的点阵图形式LCD，可以工作在3.3V供电的情况下，显示格式为16（列）×2（行），具有多功能指令，既可以工作于串行方式又可以工作于并行方式，很容易与8位的单片机相连。
本系统中与单片机的连接采用并行工作模式。
图2.1.9
2.1.8声光报警电路
图2.1.10
利用蜂鸣器和LED作为报警器（图2.1.0），当酒精含量超标时，发出禁止行车警告音，同时LED闪烁；不超标时，不发出提示音LED熄灭。
由P1.3和P1.4驱动蜂鸣器来实现。
2.1.9继电器控制电路
图2.1.11
继电器控制电路（图2.1.11）受单片机p1.5控制，相当于开关，控制点火装置的打开和关闭。
是系统中非常重要的执行单元。
2.1.10信号通道切换电路（图2.1.12）
通过以上设计，系统前端就可以把酒精传感器检测到的酒精含量信号经单片机判断后产生相应的控制信号以控制汽车点火电路，从而实现对酒后驾车的有效控制。
图2.1.12
2.2系统软件设计
软件部分根据系统功能进行模块化编程。
实现判别是否吹气、酒精含量检测、酒精含量是否超标判别、酒精含量显示、声光报警等功能。
系统初始化后，对酒精传感器进行加热，自动进入测量状态，然后采集气体压力信号及酒精含量电压信号，与设定的精度浓度进行比较，如果高于这个浓度，则显示该浓度，并进行声光报警，同时切断点火电路，驾驶人员不能发动汽车；如果低于这个浓度，则显示所测的浓度，同时启动发动机。
结语
汽车防酒驾安全系统是为预防酒后驾驶而设计的。
本文通过对硬件系统设计及软件工作流程的阐述，对整个安全系统进行了介绍。
由于本系统安装在汽车上，自动测量、智能化程度高、功耗低，对预防酒后驾车具有很好的效果，在实际应用中具有很好的推广价值。
附录1：
系统流程图
N
Y
气体压力判断
N
Y
附录2：
传感器参数
1.酒精传感器MQ-3（图2.1.5）
特点:
对乙醇蒸气有很高的灵敏度和良好的选择性/快速的响应恢复特性/长期的寿命和可靠的稳定性/简单的驱动回路
应用:
用于机动车驾驶人员是否酗酒及其它严禁酒后作业人员的现场检测；也用于其它场所乙醇蒸气的检测.
探测气体酒精（乙醇）
探测范围10～1000ppm酒精
特征气体125ppm酒精
灵敏度Rinair/Rintypicalgas≥5
敏感体电阻1～20KΩinair空气中
响应时间≤10s（70%Response）
恢复时间≤30s（70%Response）
加热电阻31Ω±3Ω
加热电流≤180mA
加热电压5.0V±0.2V
加热功率≤900mW
测量电压≤24V
工作条件环境温度：
-20℃～+55℃
湿度：
≤95%RH
环境含氧量：
21%
贮存条件温度:
-20℃～+70℃
湿度:
≤70%RH
2.压力传感器TTP501（图2.1.6）
特点：
1.低成本；
2.表压、绝压测量类型可选；
3.恒定电流或恒定电压驱动；
4.输出信号强，容易采集处理；
5.压力范围宽：
1psi~60psi
应用：
1.医疗仪器
2.气压计
3.气象台历
4.汽车轮胎压力测量
5.压力表
6.工业传感器
7.家电应用
主要参数:
封装类型DIP或SMT
检测介质干燥空气或无腐蚀性气体
电气参数（表1.1）:
表1.1
最小
正常
最大
单位
激励电压
5
10
v
激励电流
1.00
2.00
mA
电桥阻抗
4
5
6
kΩ
满量程
1psi
20
30
40
mV
5.8psi
50
70
90
mV
5.8psi*
75
100
125
mV
15psi
75
100
125
mV
15psi**
130
170
210
mV
30psi
70
100
130
mV
60psi
140
190
240
mV
零点偏置
-30
0
30
mV
温度系数（恒压）
-0.17
-0.22
-0.27
%FS/℃
温度系数（横流）
-0.05
±0.02
+0.05
%FS/℃
偏执温度
系数
-0.08
-0.02
+0.08
%FS/℃
线性度
-0.3
±0.1
+0.3
%FS
过载压力
2X
RatedFS
爆破压力
3X
RatedFS
工作温度
-40
125
℃
储存温度
-55
150
℃
附录3：
参考文献附录
李宗睿许振忠《基于单片机的车载酒精探测及安全控制系统的设计与实现》
附录4：
电路原理图
图1.5
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