论文总字数：15998字

目 录

1 绪论……………………………………………………………………1

2 研究现状………………………………………………………………1

3 系统总体设计方案……………………………………………………2

4 系统硬件设计…………………………………………………………3

4.1 MQ-3气敏传感器……………………………………………………………………………3

4.2 模数转换芯片……………………………………………………………………………4

4.2.1 模数转换芯片的选择……………………………………………………………4

4.2.2 模数转换电路设计………………………………………………………………5

4.3 AT89C51单片机……………………………………………………………………………7

4.3.1 AT89C51单片机简介………………………………………………………………7

4.3.2 时钟电路…………………………………………………………………………8

4.3.3 复位电路…………………………………………………………………………8

4.3.4 四分频电路………………………………………………………………………9

4.3.5 AT89C51单片机工作过程………………………………………………………9

4.4 RFID模块…………………………………………………………………………………10

4.4.1 RFID模块简介……………………………………………………………………10

4.4.2 RFID模块设计……………………………………………………………………11

4.5 报警电路…………………………………………………………………………………13

5 系统软件设计…………………………………………………………14

5.1 系统总体流程……………………………………………………………………………14

5.2 模数转换流程……………………………………………………………………………14

5.3 RFID模块子程序流程……………………………………………………………………15

5.4 报警子程序流程…………………………………………………………………………16

6 系统测试………………………………………………………………17

7 结束语…………………………………………………………………17

参考文献…………………………………………………………………19

致谢………………………………………………………………………20

基于单片机酒精检测的智能车钥匙设计

刘倩

， China

Abstract：To reduce the amount of drunk driving, this paper designs a smart car key with single chip based alcohol detection. This design uses the MQ-3 gas sensor and the AT89C51 single chip as the key, and combines the radio frequency identification (RFID) technique, which can accurately determine whether the driver is drunk before driving and control whether the vehicle can be started. This design can realize the alcohol concentration detection of breath, warning, vehicle control and so on. It can effectively curb the behavior of drunk driving, and is convenient to carry and easy to use.

Keywords: MQ-3 gas sensor; AT89C51 single chip; RFID

1 绪论

随着经济的发展，拥有汽车的家庭越来越多。虽然汽车为我们的日常生活带来了很多便利，但它也是引起交通事故的最主要因素，每年因为交通事故而造成的损失非常惨重。引起交通事故的原因有很多，但很大一部分原因还是司机没有遵守交通法律法规，做出如闯红灯、超速、酒驾等危险行为。在我国，每年有数万起的交通事故是与司机饮酒后驾驶车辆相关的；其中有人员死亡的事故中一半以上是由酒后驾车引起的。从上面的数据可以看出，酒后驾驶车辆的危害非常大，对社会治安造成了极为严重的影响^[1]。过量饮酒会让人的反应变的迟钝，应激反应时间加长，进而在遇到紧急情况时无法及时做出反应，最后导致车祸发生。不同的国家对酒驾采取了不同的措施，有的国家制定法律，有的国家在车内安装车载酒精检测仪，我国主要还是出动人力进行抽查，这种办法有一定的效果，但是耗时耗力，并且不能从源头上杜绝酒驾。想要彻底杜绝酒驾，除了司机自觉遵守交通法律法规以外，还必须设计一款更具实用性的产品。

基于上述情况，本文设计了一款基于单片机的酒精检测智能车钥匙，可以从源头上减少酒驾。文中介绍了将基于51单片机设计的酒精浓度测试仪和RFID技术相结合所设计出的一款智能车钥匙，司机在开车前对车钥匙上的小孔吹气，由测试仪判断司机是否适合开车，一旦司机体内酒精浓度超标，钥匙就会发出警示声音，且RFID模块发射部分无法发射频率，RFID接收部分也就收不到信号无法进行感应，最终饮酒司机无法打开车门。该设计可以从根源上减少酒驾，对社会治安做出贡献。

2 研究现状

酒驾行为在美国属于刑事犯罪，一旦警察发现司机在饮酒后驾驶车辆，便可以立即逮捕。西班牙于2007年议会修改了交通法规，在刑事处罚范围中加上了酒驾这一罪名，意味着对酒驾行为的零容忍态度。新加坡对初次饮酒驾驶的司机罚款1000-5000新元或者关押6个月，对再次饮酒驾驶的司机罚款3000-10000新元并且关押一年，对多次饮酒驾驶的司机罚款30000新元并且关押10年^[2]。日本对血液浓度中酒精含量超过0.05%的司机罚款50000日元并且判处最多两年的监禁，同时追究供酒者的责任^[3]。我国法律规定，若司机在饮酒后驾驶机动车，则罚款200-500元人民币，并且扣押机动车驾驶证1至3个月。

由于酒驾的危害性很大，一旦发生事故，将会对个人和社会造成损失，因此各个国家都开始采用不同的方法来预防酒驾行为。意大利科学家开发出一款新型的车载酒精探测仪，取名为“天使”，它对驾驶司机呼出的气体汇集后进行检测，若酒精浓度含量超标，则“天使”便会控制蜂鸣器发出警示音。若司机继续行驶，小型电脑就根据探测仪反馈的信息发出停车指令，使汽车逐渐减速停止运行，且短时间内无法启动发动机。有的司机在接受检查时很不情愿，想尽办法逃避警察的检查，为此罗斯彼得堡专家研发了激光酒精检测仪，这种探测仪不需要司机的配合，只要车辆从检查段通过，就可以判断是否饮酒，其原理是酒精测试仪发出的激光可以检测车辆内部空气中的酒精含量。一旦测试到车内的酒精超过标准值，检测仪就会产生反应，发出报警声。国内防治酒驾的措施主要还是在各重要路口安排交警用酒精检测器进行检测，但这种方法只能把危险扼杀在发生的过程中，而且耗时耗力，并且交警一般采取的是抽样检测，这样难免会有漏网之鱼，很多司机也是带着自己不会被检测的侥幸心理酒后驾驶。

酒精检测仪现在已逐渐成为大众化的产品，个人也可以购买，用来测量平时呼气中的酒精浓度。目前市场上，有形形色色的各类酒精含量检测仪，它们根据制作材料的不同，大致分为五个类型：气体色谱分析型、电化学燃料电池型、红外线光谱型、半导体型和比色型。由于制作材料不同，内在设计结构不同，这五种类型的酒精含量检测仪性能并不相同，这些设备的差别在测试环境、稳定性、抗干扰性、灵敏度、准确度等很多方面都有不同体现^[4]。在价格和使用方面，电化学燃料电池型和半导体型两种表现得更加优越。国内交警主要是使用电化学燃料电池型设备对呼出气体进行酒精含量检测，这种设备具有只对酒精起反应、稳定性好、准确性高、抗干扰能力强、操作方便的优点。但是相较于半导体技术，其传感器结构复杂，制造困难，成本昂贵，只有少数国家可以生产。市场上常见的AT-6000便携手持呼吸式酒精测试仪、PFT-65S便携型吹气式酒精测试仪、6387便携手持式呼吸酒精测试仪等都采用了半导体传感器，这种传感器制造工艺成熟，价格便宜，能很好的满足市场需要。因此本设计选择了半导体型来用于酒精检测，该类型设备制造简单、操作便利、成本低下，并且相较于其他技术，对气体中的酒精浓度检测结果不相上下。

钥匙是汽车启动的必备之物，在车钥匙中增加酒精检测仪，不仅可以让司机自行检测自己是否属于酒驾，也可以让交管部门节省资源，降低所耗成本，一举两得。目前，大部分的车辆钥匙使用的都是智能车钥匙，如果要打开车门，司机不需要取出钥匙，只要走近汽车，车门开关系统就会自动与钥匙进行感应，然后开启。该系统将世界上先进的无线射频识别技术和车辆身份编码识系统结合起来，应用占用体积小、功率小的无线射频模块，把遥控系统、无钥匙系统相融合，并沿用传统的整车电路保护，实现了双重射频系统，为车主提供更大程度上的车辆安全防盗^[5]。2007年萨博在其9-5系列汽车上，首先应用了Alcokey酒精车钥匙技术，在车钥匙中集成迷你酒精监测装置，在发动汽车前，必须向车钥匙的吹气孔吹气，以检测驾驶者是否饮酒。沃尔沃的欧洲车款上也应用了类似的设计，命名为Alcoguard。除此之外，近期未发现相关的应用研发。

系统总体设计方案

这款智能车钥匙的设计分成两个部分，第一部分是由是由MQ-3气敏传感器、ADC0809模数转换芯片、AT89C51单片机和蜂鸣器组成的酒精检测报警部分，第二部分是RFID模块部分。

酒精检测部分的工作原理是先对MQ-3气敏传感器吹气，对气体进行酒精浓度的测量，在检测到浓度值之后由模数转换芯片将传感器收集到的模拟信号转换为数字信号传送给单片机进行运算处理，单片机处理完成后判断是否需要发出警报。酒精浓度的阈值是系统通过软件来设定的，如果检测到的酒精浓度值大于或等于阈值，即为司机饮酒，则报警电路中的蜂鸣器发出警示声音，同时RFID模块的发射部分无法发送信号，导致RFID模块的接收部分不能进行感应，最后车门无法打开，酒驾行为被制止；如果检测到的酒精浓度值小于阈值，即为司机未酒驾，则报警电路中的蜂鸣器不报警，同时RFID模块的发射部分发送特定频率的信号， RFID模块的接收部分进行相应感应，车门打开，可以正常驾驶。系统总体设计如图3.1所示：

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