智能酒驾检测系统1.docx

1、智能酒驾检测系统1摘要随着交通行业技术的发展，以及汽车保有量的增加，汽车给人类带来舒适和便捷的同时，也给人类带来了交通事故频发等交通安全隐患，如酒后驾驶、无照驾驶、违规驾驶等，严重威胁着人类生命和财产安全。特别是由酒后驾车导致的交通事故发生率比较高。因此，从主动安全角度出发，禁止酒后驾驶人员启动汽车引擎，成为在车辆发生事故之前排除隐患的重要研究本设计。 本设计在研究国内外防止酒后驾驶技术的基础上，针对酒后驾车导致交通事故频发的事实，设计一种基于单片机的智能防酒后驾驶控制系统。系统先检测司机呼出气体酒精浓度，显示检测结果，并据此执行相应的控制。本次设计主要完成以下几个方面的工作： （1）根据该系

2、统的实际目的和系统装置所使用的特定环境，选择酒精传感器作为检测驾驶员呼出气体酒精含量的工具；采用合适的单片机、显示模块、报警模块、继电器驱动模块设计硬件系统； （2）在 Keil uvision4基础上编写完成系统的软件设计，并进行编译调试；（3）在proteus环境下对系统进行仿真（4）整合调试软硬件，并调试检验。 关键词：汽车；酒后驾驶；智能闭锁；单片机 AbstractWith the development of transportation industry technology, as well as the increase of car ownership, cars brin

3、g people comfortable and convenient at the same time, also has brought human frequent traffic accidents, such as traffic safety hidden trouble, such as drunk driving and driving without a license, driving violations, serious threat to human life and property safety.Especially the traffic accidents c

4、aused by drunken driving is quite high.Therefore, from the perspective of active safety, against drunk drivers to start the car engine, be ruled out before vehicle accident hidden trouble of important research in this design.This design on the basis of the research at home and abroad to prevent drun

5、k driving technology, aiming at the fact that drunk driving cause traffic accident frequency, design a kind of intelligent against drunk driving control system based on single chip microcomputer.System to detect breath gas alcohol concentration, according to test results, and implement corresponding

6、 control accordingly.This design mainly completed the following several aspects:(1) according to the actual purpose of the system and the system device used by a particular environment, alcohol sensor is chosen as the test drivers breath gas alcohol content of tools;Use appropriate microcontroller,

7、display module, alarm module, relay driver module design of the hardware system;(2) in Keil uvision4 written on the basis of system software design, and debugging;(3) under the environment of proteus simulation system(4) integrated debugging of software and hardware, testing and debugging.1 绪论1.1 本设

8、计研究的目的和意义1.1.1 本设计研究的目的 近年来随着经济迅速发展，人们的生活水平日益提高，私家车也越来越多，各种应酬随之而来，“酒”这东西贴近了我们的生活。而酒后驾车也频频发生，给人们的生活和生命安全带来了巨大的伤害。据德国一家调研机构预测，全球汽车（包括个人用车和商用车）保有量最迟到2010年将突破10亿量。随着汽车保有量的增加，交通事故也在不断的增加，全世界每年约有120万人死于道路交通事故，受伤者多达5000万人，同时全球道路交通事故每年造成的直接经济损失为5180亿美元，可见道路交通安全问题已成为全球性的主题。随着汽车使用量的增加和道路交通事业的发展，也给社会带来了负面影响，其中

9、道理交通事故就是其中之一。目前我国汽车保有量约占世界的2%，但交通事故死亡人数却占 15%左右，同发达国家相比，我国的道路交通安全形式严峻。据世界卫生组织的事故调查显示，大约50%-60%的交通事故与酒后驾驶有关。酒后驾驶已经被世界卫生组织列为车祸致死的首要原因。在我国，母国勇分析了我国2000 年交通事故原因，明显指出驾驶员是造成交通事故的主要原因 。牟建霖指出我国机动车驾驶员酒后驾车约占 20%，每年因酒后驾车发生交通事故死亡人数超过5000人。赵卫兴，高岩等人分析了19942004年酒后驾驶死亡人数占交通事故总死亡人数的比例，指出该比例从1994年的2%上升到2004年的4.4%，平均每

10、年以7.3%的速度增长，可见酒后驾车的危害触目惊心，已经成为引发交通事故的罪魁祸首。为了能够有效的防止酒后驾驶造成的此类危害，研究一种酒后驾驶智能闭锁系统是非常必要的，从而能够强制性防止酒后驾车，降低交通事故的发生率。对于酒后驾车这种现象，张玮指出虽然各个国家都对酒后驾车执行了严格的规定，但是还有很多人不能严格遵守这个规定，酒后驾车事件还是很频繁，因此研究这种能够自动防止酒后驾车的装置更为必要。本设计的智能闭锁系统，能够通过高敏度的呼气式酒精传感器，通过检测司机呼出气体的酒精含量当检测到司机呼出气体内酒精含量超标时，能够阻止驾驶员开启汽车引擎，使汽车无法启动，同时声光报警，提醒驾驶员，从而有效

11、减少交通事故的发生，提高我国道理安全水平，更好地保障我们的交通秩序，保护人们的出行安全，构建和谐的交通环境。1.1.2 本设计研究的意义 据来自某国际组织的一项统计数据显示：每33分钟就会有一人死于与饮酒有关的交通事故。尽管有大多数人认为酒后驾车酿成的交通事故永远不可能发生在自己的身上，但专家的统计结果证明：在每个人的一生中卷入与喝酒有关的交通事故的可能性为30%。显而易见，饮酒与开车是多么可怕的致命结合，正是由于酒后开车这个“罪魁祸首”使得一幕幕本不该发生的惨剧接连上演，造成一个个幸福美满的家庭支离破碎。由于这种轻微的处罚根本不足以引起驾驶员的重视，因此酒后驾车者还是比较多。酒精在人体血液内

12、达到一定浓度时，人对外界的反应能力及控制能力就会下降，尤其是处理紧急情况的能力下降。驾驶员血液中酒精含量越高，发生撞车意外的机会越高。针对这种现象，很有必要研究一种专门协助司机安全驾驶的辅助工具，即防酒后驾驶的智能闭锁装置，能够适时提醒司机安全驾驶，更避免了因盲目自信而导致的交通事故，创造人类的美好生活和社会的和谐。1.2 国内研究现状1.2.1国内研究现状 我国对于这方面的研究比较少，香港一家公司发明了一种名为iKEY的车钥匙，能够有效而方便地防止醉酒驾驶。这种钥匙将感应器、远程信息处理等技术整合在车钥匙上，从外观看，它比正常的车钥匙多了一条锁棒。使用时，司机要先按iKEY上的开始按钮，绿色

13、准备灯亮了之后，对着气孔吹气约两秒钟。当呼出气体的酒精含量低于规定值时，它会立即开锁，把锁棒收起来，车钥匙便能顺利插入钥匙孔，启动引擎。否则，钥匙将亮起红灯，锁棒便不能收起来，汽车将无法启动。目前，国家交通技术领域正在开发研究驾驶行为监控预警技术和装备，研究内容：驾驶状态及车辆运行状态与环境实时检测技术，异常驾驶状态实时识别技术，驾驶意图、行为预测及违规操作判别技术，危险驾驶行为的预警方法与技术，驾驶行为监控预警系统集成技术。研究目的：通过研发异常驾驶状态、违规操作、不良驾驶习惯等检测预警系统与装置，形成驾驶人行为的实时监控技术，为有效减少道路交通事故提供技术支撑，从而开发适用于驾驶行为监控系

14、统原型样机，并将通过实车实验验证。虽然目前隧道窑生产过程的自动化己经取得了长足的进步，但是限于现有的技术和工艺水平，并没有真正实现隧道窑生产的全过程自动化。随着自动控制技术的不断进步，隧道窑生产工艺的不断改进，隧道窑自动控制系统将更加完善，体现隧道窑特性的温度制度和压力制度将实现智能优化控制，控制系统将具有更高的精度、更快的速度以及更强的抗干扰性能。例如，窑炉监控系统能够根据己经设定的烧成制度，对窑内发生的各种变化自动进行调控。当系统当前状态发生变化时，控制系统将驱动执行机构对相应参数做出调整。隧道窑的辅助过程也将进一步实现自动化、一体化。例如，隧道窑的进车、出车、窑门升降按预先设定的程序自动

15、完成，在无人干预的情况下，窑车能在回车线上顺利完成码坯，砖坯转运，卸砖，返回等作业。利用电子计算机技术实现全过程自动化控制的隧道窑可以准确、及时、灵敏地凋整各项热工参数，减少对操作经验的依赖，降低操作人员的劳动强度;提高窑炉运行稳定性，进一步改善产品的质量，增加产品的产量;并且进一步降低能耗，减少能源浪费。1.3研究内容本设计主要研究一种能自动防止司机酒后驾驶的智能闭锁系统，本设计主要采用中档芯片作为该智能闭锁系统的核心，通过呼气式酒精传感器测试司机呼出气体的酒精含量，并且能够通过液晶显示器显示该酒精含量值，当司机体内血液酒精含量超过安全驾驶标准时，能够报警，并通过继电器切断汽车引擎的电源，使

16、汽车无法启动。 本研究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）认真学习 STC89C52芯片的特性和功能，设计自动控制系统的硬件电路。以STC89C52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、STC89C52 微控制器、报警电路、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； 2 总体方案设计2.1设计任务本设计设想完成一种能防止司机酒后驾驶的智能系统，该系统的核心为闭锁装置。该系统的控制核心为STC89C52芯片，司

17、机呼出气体中的酒精含量采用呼气式半导体酒精传感器检测，我们会通过液晶显示器显示该酒精浓度值，当单片机经过一系列计算判断检测到的司机体内酒精含量超过设定警戒值时，系统能够产生声光报警，并通过控制继电器来切断汽车引擎的供电电源，使得汽车无法启动。本次主要包括以下几个方面的内容：（1）设计智能闭锁系统的结构组成以及框架结构，熟悉并深入了解控制系统中的各功能模块的原理；（2）熟悉SCT89C52芯片的特性和功能，设计自动控制系统的硬件电路。以SCT89C52芯片为核心的最小系统作为中控电路，外围功能模块划分为酒精传感器信号调理电路、模数转换电路、报警电路、显示电路、继电器驱动电路等；（3）软件编程。按

18、照软件需要实现的功能，主程序可以分为酒精传感器信号调理模块、模数转换模块、中控模块、报警模块、显示模块、继电器驱动模块等；（4）硬软件结合调试。2.2 设计思路本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

19、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。通过选用本方案中的元件，该智能闭锁系统能够通过快速检测驾驶员呼出气体的酒精浓度是否超标，通过单片机的放大、采集处理检测驾驶员呼出气体酒精含量是否超标，当检测到驾驶员饮酒过度时，能够显示酒精浓度值和报警提示不要酒后驾车，并快速切断汽车引擎电源，停止启动发动机。2.3 系统方案设计基于以上的构思，设计了智能酒驾检测系统框图，如下图2-1所示： 图2-1系统硬件原理框图下面对该系统做下简单的介绍：本系统主要由电

20、源模块、酒精传感器、stc89系列单片机、模数转换模块AD7705、LCD1602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，经过AD7705模数转换和STC89C52单片机处理，当检测到酒精浓度超过设定值时，能够通过LCD显示传感器的输出酒精浓度，汽车无法启动。2.4器件选择2.4.1系统主控芯片的选择方案一：采用AT89S51作为主控芯片。AT89S51提供以下标准功能：4KB闪速存储器，128B内部RAM， 32 个I/O 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16 位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时

21、钟电路。其具有成本低、功耗低和使用简单等特点，但其FLASHROM相对比较小而且运算速度低。方案二：采用宏晶公司生产的STC12C5A60S2，它是一款增强型51单片机完全兼容传统51单片机的指令，功耗低，技术成熟，成本低，而且具有丰富的内部资源，完全能够满足设计需要11。同时对开发设备要求低，写入单片机的程序可以进行加密，对我们的劳动成果有了保证。综合本系统的性能指标，由于本系统用到的内存较少，AT89S51的FLASHROM相对比较小，功耗低，抗干扰性强，价格便宜，适合作为本系统的控制芯片。而STC12C5A60S2运算速度快、FLASH内存大、抗干扰性强，但价格相对较高，不适合作为本系统

22、的主控芯片。2.4.2传感器选择 燃料电池型酒精传感器拥有稳定性好、精度高、抗干扰性好等一系列优点，但是由于其属于电化学类型且碍于此酒精传感器的结构要求，目前只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，于是目前国内半导体型酒精传感器使用较为普遍，因为它的主要优点是价格低廉，同类型的半导体型价格只是燃料电池型的几分之一，虽然它的性能要差于燃料电池，但是基于本次设计要求和使用环境我们不需要达到特别高的精度，于是从成本等方面的考虑，本次课题选用半导体型酒精传感器MQ-3。2.4.3模数转换芯片选择方案一：采用ADC0808芯片，ADC0808是单片CMOS器件，是8位A/D转换器，带有使能控制端，可

23、以与微机直接接口8。由于它是一个并行输入结构，它占用了更多主控芯片的端口资源，同时分辨率相对较低。 方案二：采用AD7705芯片，AD7705 是完整的 16 位AD转换器，它采用了-技术，可以获得 16 位无误码数据输出，精度高，占用单片机的端口资源少。本次模数转换选用AD7705芯片，虽然在精度和速度上相对于其他芯片相对较高，价格便宜，所以最终选择案二AD7705。2.4.4显示屏选择方案一：采用传统的LCD12864液晶作为显示屏。LCD12864由DDRAM（显示数据），CGROM（字型产生ROM）和CGRAM(自定义字型产生RAM)和GDRAM（绘图）等组成，实现显示字符和图形功能。

24、该液晶模块显示内容相对较多。方案二：采用LCD1602液晶作为显示屏。该液晶模块使用简单，价格便宜，体积小，方便携带，但其分辨率较低，显示内容相对较少。由于该系统需显示的数据较少，所以方案方案一中运用LCD12864虽然显示效果好，但是浪费资源，耗能较大，而且编程难道较大，占用CPU时序较多，采用LCD1602显示时可以达到同样的显示效果，不仅占用CPU时序少，而且编程简易。所以本次系统设计选用LCD1602显示。2.4.4继电器选择本系统中继电器主要是起到一个自动控制作用，当酒精浓度超过警戒值时会触发继电器，从而驱动开关断开，关闭汽车供电系统。基于本次设计需要选用固态继电器，它的输入端连接单

25、片机，输出端连接汽车供电系统，它采用类似于开关的中间隔离器件实现自动控制功能。 3 系统硬件设计3.1系统电路架构单片机STC89C52作为本次项目的核心器件，它主要用来进行各个模块的协调工作，其中，在它的外围电路上有：按键电路、模数转换电路、液晶显示电路、声光报警电路、继电器电路、MQ3传感器电路。电路设计框图如图3-1所示。 图3-1 电路设计框图3.2晶振电路STC89C52片内有一个高增益的反相放大电路，它有两个端口，输入端引脚是XTAL1，输出端引脚是XTAL2，因为单片机需要有用的时钟信号，所以该反相放大电路利用外接的石英晶振和电容，构成了稳定的自激震荡电路，它产生的脉冲信号经过内

26、部的二分频后直接被送入了单片机内部。如图3-2所示，其中电容C1和C2起到调节频率的作用，其值一般取22uF，晶体的震荡频率范围一般为1.2MHZ12MHZ，此次设计中选用的是11.0592MHZ的石英晶体。图3-2晶振电路3.3复位电路STC89C52本身没有复位功能，它是通过外部构建的复位电路来实现复位的，复位操作需要的信号首先会由单片机的复位引脚RST通过施密特触发器来抑制噪声进行补偿，然后施密特触发器会产生输出电平，最后由复位电路采样，只有这样得到的信号才能满足要求。此次设计采用的是通过电容充电来实现的高电平，它实现高电平复位的功能只需要电容充电的时间不超过1ms就可以。如下图3-3所

27、示。图3-3复位电路3.4按键电路本设计中由于使用的按键较少使得单片机的输出端口较为充裕，所以采用了独立按键的方式对设定值的各个数位进行控制，k1按键模拟汽车启动，k2按键用来用来设置浓度，在单片机的输出端口中用P26P27端口来控制按键，并用软件的形式不断的扫描检测按键的状态，随时记录按键的返回值，以便于其它模块的调用。电路图如3-4所示。图3-4按键电路3.5声光报警电路声光报警电路采用的是蜂鸣器和LED灯，电路如图3-5所示。图3-5声光报警电路3.6模数转换电路AD7705AD7705 采用SPI Q SPI兼容的三线串行接口，能够方便地与各种微控制器和DSP 连接, 也比并行接口方式

28、大大节省了CPU的 IO口。下应用电路中，采用 80C51 控制AD7705，对桥式传感信号进行模数转换。此方案采用二线连接收发数据。 AD7705 的CS 接到低电平。DRDY的状态通过监视与DRDY线相编程数字滤波器等部件。能直接将传感器测量到的多路微小信号进行AD转换。这种器件还具有高分辨 率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点， 非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。AD7705 是完整的 16 位AD转换器。若外接晶体振荡器、精密基准源和少量去耦电容, 即可连续进行A D转换。它采用了-技术，可以获得 16 位无误码数据输出。这一点非常符合对分辨率要求较高但

29、对转换数字要求不高的应用，例如数字音频产品和智能仪器仪表产品等。下面对该器件几个重要部分和特性作简要说明。增益可编程大器AD7705 包括两个全差分模拟输入通道。片内的增益可编程放大器 PGA之一，能将不同摆幅范围的各类输入信号放大到接AD转换器的满标度电压再进行AD转换，这样有利范围的双极性信号。电路如图3-6所示。图3-6 AD7705电路图3.7 MQ-3气体传感器MQ-3气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出

30、信号。MQ-3气体传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。这种传感器可检测多种浓度酒精气氛，是一款适合多种应用的低成本传感器。模块特点：（1）具有信号输出指示；（2）双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）；（3）TTL输出有效信号为低电平,可直接接单片机 ；（4）模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高；（5）对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性；（6）具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；（7）快速的响应恢复特性； 应用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也用于其他场所乙醇蒸汽的检测,探测酒精范围。电气性能： 输入电压：DC5V功耗（电流）：150mA DO

31、输出：TTL数字量0和1（0.1和5V） AO输出：0.1-0.3V（相对无污染），最高浓度电压4V左右 MQ-3气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-3气体传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。这种传感器可检测多种浓度酒精气氛，是一款适合多种应用的低成本传感器。电路如图3-7所示。图3-7所示MQ-3酒精传感器3.8 LCD1602显示电路字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图3-8所示。图3-8 LCD1602实物图它的16条引脚定义如表3-1：编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1