基于单片机的防酒驾系统设计

论文总字数：15566字

目 录

1. 绪论 6

1.1 酒驾的危害 6

1.2 国内常用酒驾检测方法 6

1.3 防酒驾系统的研究意义 7

2. 本课题的总体设计 7

2.1 系统的设计要求 7

2.2系统的设计方案 7

3. 硬件部分 8

3.1 传感器模块 8

3.1.1 酒精传感器的选择 8

3.1.2 MQ-3传感器简介及引脚介绍 8

3.2 A/D转换模块 9

3.2.1 A/D转换的意义 9

3.2.2 A/D转换的主要方法 10

3.2.3 ADC0832的简介与引脚图 10

3.2.4 ADC0832的电路原理图 11

3.3 单片机模块 11

3.3.1 单片机简介 11

3.3.2 STC89C51的优点及引脚介绍 11

3.3.3 晶振电路和复位电路 12

3.3.4 单片机的最小系统 14

3.4 LCD显示模块 14

3.4.1 液晶显示简介 14

3.4.2 LCD1602的引脚介绍和说明 15

3.4.3 LCD1602的硬件原理图 15

3.5 继电器模块 16

3.5.1继电器简介 16

3.5.2 电磁继电器的工作原理 16

3.6 键盘模块 17

3.7 报警模块 17

3.7.1 LED灯光报警 17

3.7.2蜂鸣器报警 18

4. 软件部分 19

4.1 主程序流程图 19

4.2 数据采集子程序流程图 20

5. 系统软硬件调试 21

5.1 仿真电路图及仿真结果 21

5.2 电路的焊接 23

5.3 硬件调试 24

5.4 A/D转换模块的调试 25

5.5 报警模块、继电器控制子程序的调试 25

5.6 实物图 25

6. 总结与展望 26

参考文献 27

致谢 28

附件 29

1.硬件电路原理图 29

基于单片机的防酒驾模拟系统设计

全力

，China

Abstract：The system is designed with single chip microcomputer as the key, which is connected with the hardware devices such as alcohol sensor, digital to analog converter, light voice alarm, relay, display screen and so on. When alcohol sensor detects the alcohol concentration in the air, analog signals that detected by sensor will be transformed into digital signals, and the alcohol density in the air will be shown on the LCD screen. The single chip microcomputer will judge the concentration and issue a sound light alarm, in case the concentration exceeds the established criteria. Meanwhile, the connection with automotive engine system will help disconnect the engine and make the drunken driver unable to start the car. The analog system is successfully made by the design and debug of software and hardware. When the alcohol concentration range from 10 to 1000 ppm, it can be accurately tested. Additionally, the appropriate alarm will be generated.

Keywords: Single chip microcomputer; anti-alcohol drunk drive; alcohol sensor; analog to digital converter; relay

1. 绪论

1.1 酒驾的危害

经济在改革开放后发展的十分迅速，汽车也在人们改善生活水平之后得到各个家庭的喜爱。虽然现有的公共交通也很发达，但是人们还是很喜欢私人汽车用于日常生活出行。根据保有统计，新注册的汽车数量在去年2015年至少有2000多万，针对以往净增长数量达到了1700多万，可以看到增幅很大。在现在经济发展的情况下，人们更为了便于日常出行或者是更为舒适的角度出发，购买汽车的需求还是很大的。在那些经济发展尤为发达的城市中，人口本来就很多，购车的欲望尤为强烈。虽然现在政府采取了一系列的政策想要抑制住这个增长的机动车数量，比如限号摇号等，但是效果并没有得到很大的体现。虽然政府现在极力推崇绿色出行，多使用公共交通，但是机动车使用率还是很高。有使用就会有意外发生，导致交通事故的件数也在逐年增加，而在这些交通事故中，因酒驾醉驾导致的占了绝大多数。就拿14年的数据来说，我国一年间有150多万酒驾事件，事件中致人受伤致人死亡的也不在少数，大约6万的死亡人数。为了缓解这种情况虽然政府也有采取一系列的措施和加大宣传力度，也有相应的法制体系，但是交通事故并没有在机动车增长的情况下减少。去年南京市的交通管理部门组织大量的警力和媒体部门，上路查处了大量的酒驾事件，还有一部分的人由于严重违反交通法规，被永久吊销了驾驶执照^[2]。

在我们国家，由醉酒驾车所导致的交通意外的数量惊人，而且有逐渐增加的趋势；在这些数量惊人的交通意外中，有半数以上的交通事故都是死亡事故。众所周知，醉酒驾驶的危害是非常严重的，让人不敢直面。二零一零年八月，国家修改刑法草案，酒驾将会需要承担相应的刑事责任。

在常规认知里，酒里面所含有的酒精会让饮酒者在一定程度上失去理智，在不自觉的情况下并不能控制自己的饮酒量。在过量饮酒之后，饮酒者血液里的酒精浓度会升高，导致饮酒者的反应能力会降低，也会对其自制能力产生一定的影响。当有突发状况或紧急事件发生的时候，饮酒者不能做到保持意识的清醒，从而不能及时处理危机情况。对于饮酒后驾车的司机来说，饮酒量和发生交通事故的几率是正向相关的。同样的，当饮酒后，饮酒者的主观感受也会受到很大的影响。饮酒之后，饮酒者在观察行车环境时会主观的屏蔽很多东西，而且看东西时的视像会模糊，从而不能做到全面观察，导致安全隐患不能被发现，而这样会大大增加事故的发生几率。而且由于饮酒者的理智在一定程度上的丧失，会追求高速度带来的心理满足，也是非常危险的。

1.2 国内常用酒驾检测方法

对于酒驾事件，我国一向都是零容忍的态度，凡是涉嫌酒驾的人员都会追究其刑事责任。而目前我国国内对于酒驾事件中酒精的检测方法主要有：

（1）呼气式酒精检测仪法。这种方法就是国内目前最常见的一种检测方式。交警会扣下涉嫌酒驾的人员，让他朝着酒精检测仪呼气，然后通过酒精检测仪来检测酒精含量^[6]。

（2）顶空气相色谱法。通常情况下，呼气式酒精检测仪只能简单地判断驾驶员是否饮酒。当检测超标时，通常还会让驾驶员进行血液检测，以此作为刑事处罚的证据。血液检测可以很精确的测量待测血液中酒精含量的多少。

（3）强制判断法。在进行酒驾检测时，当有酒驾可能性的驾驶员试图强行避开呼气检测或者测试血液里面酒精浓度检测的情况发生时，定性结果取决于探测机器非主动探测到的酒精浓度为准，并且作为后面判定是否为酒驾的依据。

1.3 防酒驾系统的研究意义

本课题的研究目的在于设计一款基于单片机的防酒驾系统，在检测到汽车内酒精浓度超过阈值后，会发出灯光语音报警，并且能同汽车引擎系统关联，断开发动机，使酒驾人员无法启动汽车。能有效的减少酒驾事件的发生。

2. 本课题的总体设计

2.1 系统的设计要求

设计的防酒驾系统总体要求：

（1）该系统以单片机为控制核心，不用连接其他计算机，在此基础上能够不借用其他元件直接限制，完成与数据有关的全过程。

（2）该系统功耗较其他的系统偏低，而且使用过程非常稳定，性价比很高。

（3）选用小型便于携带的零件，是整个系统方便操作，界面简洁明了。

（4）软件设计要使不同模块之间互有联系且又比较独立。

2.2系统的设计方案

通过A/D转换器将传感器所检测到的酒精浓度的模拟信号转换为数字信号，经过单片机处理，在液晶显示屏上显示酒精浓度。在对比设定值后，如果超过阈值，便会声光报警且继电器吸合。除此之外，LED显示屏、操作键盘以及供电装置也不可或缺^[1]。具体框图如图1所示。

图1 系统结构图

3. 硬件部分

3.1 传感器模块

3.1.1 酒精传感器的选择

对于安装在汽车上的防酒驾系统来说，最简单可行的就是检测空气中的酒精含量。该系统的工作原理就是通过探测器检测汽车驾驶者呼出的气体，看是否存在酒精含量，以此作为断定汽车驾驶员是否存在酒驾的依据，从而执行该防酒驾系统的保护措施。所以，在选择传感器的时候，应考虑气敏传感器，除此之外，也要确保系统整体的实用性，使得系统在实用的基础上，也是稳定且灵敏的^[12]。由于空气中还存在其他气体成分，当这部分气体对探测器产生干扰的情况下，并不能完全保证检测结果的准确性。所以所选择的传感器应对酒精气体敏感，而对其他气体成分敏感度低。综上考虑，选择MQ-3酒精气敏传感器。

3.1.2 MQ-3传感器简介及引脚介绍

所采用的能够进行酒精浓度检测的半导体气敏元件是MQ-3传感器。该气敏元件所采用的原材料是二氧化锡（SnO₂），该材料能够降低在干净的空气中的材料导电率^[7]。如果传感器处在具有酒精存在外在环境中的时候，原来导电率较低的元件会因为酒精元素的存在而导电率升高。在这种情况下，加入一个简易的电阻电路就能满足将导电率的变化与酒精浓度相对应的输出信号相转换的条件。MQ-3酒精传感器拥有两个不同的回路结构。第一部分是加热回路。MQ-3中的气敏元件正常工作是离不开加热器的；第二部分是信号输出回路^[9]。该回路的作用是将传感器表面的电阻上电压的变化准确地展现出来。为了尽可能的降低探测结果的失误率，使得结果可信度增强，需要在进行测量前对传感器进行大约300秒的加温，以实现传感器在使用过程中能够以我们所期望的的结果做出反馈。其电路原理图如图2所示。

图2 传感器电路原理图

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：15566字

相关图片展示：