畢業(yè)設(shè)計(jì)《駕駛室酒精濃度檢測(cè)及安全控制系統(tǒng)》

1、2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目：駕駛室酒精濃度檢測(cè)及安全控制系統(tǒng)系 別：專(zhuān) 業(yè)：班 級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào):指導(dǎo)老師：提交時(shí)間：摘要隨著私家車(chē)數(shù)量日益增多，酒后駕車(chē)也隨之增加。防止酒后駕車(chē)問(wèn)題迫在眉 睫。筆者從方便、即時(shí)、安全等角度出發(fā)設(shè)計(jì)出一種車(chē)載電控系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的是一種車(chē)載式的具有酒精度檢測(cè)和安全控制功能的電控系統(tǒng)，能夠檢測(cè)出駕駛員是否飲酒超標(biāo)。駕駛員只要將嘴對(duì)著傳感器吹氣，儀器上就能顯 示出駕駛員血液中酒精濃度的高低，同時(shí)根據(jù)檢測(cè)到酒精濃度是否超標(biāo)進(jìn)行自主 判斷，能夠控制汽車(chē)點(diǎn)火裝置電源電路， 使飲酒駕駛員無(wú)法啟動(dòng)汽車(chē)，同時(shí)轉(zhuǎn)向 燈閃爍、警示燈、喇叭進(jìn)行報(bào)警，弓I起駕駛員和人們注意，

2、并在四小時(shí)之內(nèi)任何 人無(wú)法啟動(dòng)汽車(chē)，讓駕駛員留下深刻印象，下次不再過(guò)量飲酒。這樣就可從根本 上解決酒后駕車(chē)問(wèn)題。而且該系統(tǒng)成本比較低，實(shí)現(xiàn)和使用更加簡(jiǎn)單、可靠，能 夠更為普遍的控制酒后駕車(chē)現(xiàn)象的發(fā)生。關(guān)鍵詞：酒精傳感器、單片機(jī)、報(bào)警、安全控制目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要 1緒論 3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 課題背景 3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 課題意義 3 HYPERLINK l boo

3、kmark12 o Current Document 課題任務(wù)內(nèi)容 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 總方案設(shè)計(jì)及主要元器件的選擇 4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 酒精濃度檢測(cè)儀總設(shè)計(jì)方案 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 主要元器件的選擇 41、傳感器的選擇 42、A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 53、控制器模塊的選擇 54、酒精濃度顯示器的選擇 55、報(bào)警器的選擇 66、點(diǎn)火系統(tǒng)控制裝置的選擇 67、模塊的最終方案 6 HYPERLINK

4、 l bookmark20 o Current Document 硬件設(shè)計(jì) 7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3.1 電源電路 7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 信號(hào)采集電路 7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document AT89S51 單片機(jī)系統(tǒng) 9 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 數(shù)碼管顯示

5、電路 10 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 報(bào)警電路 10 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 點(diǎn)火裝置電源控制電路 11 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 駕駛室酒精濃度檢測(cè)及安全控制系統(tǒng)總圖 12 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 軟件設(shè)計(jì) 14 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4.1主程序 14 HYPERLINK l bookmark50

6、 o Current Document 信號(hào)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子程序 15 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 數(shù)據(jù)處理子程序 16 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 數(shù)據(jù)顯示子程序 17 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 報(bào)警和安全控制子程序 18 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試 20 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 總結(jié) 23 H

7、YPERLINK l bookmark74 o Current Document 參考文獻(xiàn) 24 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 致謝 25緒論課題背景生命安全問(wèn)題一直是人類(lèi)高度關(guān)注的問(wèn)題。 對(duì)人類(lèi)生命安全造成威脅的因素 有很多，其中， 酒后駕車(chē)就是一個(gè)非常重要的威脅因素。 酒后駕車(chē)造成交通事故 不計(jì)其數(shù)，帶來(lái)巨大危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)發(fā)生的交通事故中，50%60%是由酒后駕車(chē)引發(fā)的，酒后駕車(chē)發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá) 27%。隨著攝入酒精量的增加，選擇 反應(yīng)錯(cuò)誤率顯著增加，當(dāng)血液中酒精含量由 0.5 %。增至1%。，發(fā)生車(chē)禍的可能性 便增加5倍，如果增

8、至1.5 %。，可能性再增加6倍。酒后駕車(chē)造成的交通事故對(duì) 國(guó)家、他人、自己產(chǎn)生了難以估計(jì)的后果。酒后駕車(chē)問(wèn)題如何解決，每個(gè)國(guó)家都 在努力尋找辦法。目前，幾乎所有國(guó)家都采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)， 以確 定被測(cè)量駕駛員駕駛時(shí)血液中酒精含量是否超標(biāo)。 現(xiàn)在市場(chǎng)上警用酒精測(cè)試儀種 類(lèi)繁多，隨著傳感器、單片機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，酒精檢測(cè)儀的功能越來(lái)越強(qiáng)、靈敏 度越來(lái)越高， 它能有效協(xié)助交警定點(diǎn)抽查駕駛員是否飲酒， 但是由于抽查實(shí)施面 狹窄，因此無(wú)法很好的對(duì)酒后駕車(chē)進(jìn)行控制。課題意義為了能防患于未然， 將交通事故扼殺在萌芽狀態(tài)。 同時(shí)， 給交通管理部門(mén)減 輕工作壓力， 提供科學(xué)的管理手段， 本

9、設(shè)計(jì)提出了一種車(chē)載酒精探測(cè)及安全控制 系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在汽車(chē)上，不用交警和其他人員就能判斷司機(jī)是否酒后駕車(chē)， 即確保了司機(jī)的安全，又能減少交警等人員的工作量。課題任務(wù)內(nèi)容1、查閱資料介紹本課題的背景及意義。2、對(duì)駕駛室酒精濃度檢測(cè)及安全控制系統(tǒng)的主要元器件進(jìn)行比較選擇。3、在主要元器件確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)。4、通過(guò)仿真模擬實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的功能。（1）能根據(jù)駕駛員呼出氣體檢測(cè)出駕駛員血液中酒精濃度并用數(shù)碼管顯示。（2）當(dāng)駕駛員呼出氣體的酒精濃度未超標(biāo)時(shí)，繼電器觸點(diǎn)閉合，汽車(chē)可正 常啟動(dòng)。（3）當(dāng)駕駛員呼出氣體的酒精濃度超標(biāo)時(shí)，室內(nèi)聲光報(bào)警，轉(zhuǎn)向燈閃爍。（4）酒精濃度超標(biāo)時(shí)，繼電器觸點(diǎn)不結(jié)合

10、，點(diǎn)火裝置電源電路斷開(kāi)，四小 時(shí)之內(nèi)禁止啟動(dòng)。5、對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)分析?？偡桨冈O(shè)計(jì)及主要元器件的選擇2.1酒精濃度檢測(cè)儀總設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)時(shí)，考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是0-5伏的電壓且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。因此，可以直接把傳感器輸出電壓 值經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。此外，還需接入數(shù)碼管顯 示，報(bào)警、點(diǎn)火裝置電源控制電路等。其總體框圖如圖2-1所示。圖2-1基本工作原理圖2.2主要元器件的選擇1、傳感器的選擇方案一：使用燃料電池型酒精傳感器。該傳感器的工作原理是利用電化學(xué)反 應(yīng)原理進(jìn)行的，就像一個(gè)微型的燃料電池，而燃料就是被測(cè)氣體中的酒精， 這

11、個(gè) 微型的燃料電池僅僅產(chǎn)生極?。ㄒ话闶俏不蚣{安級(jí)別的電流）。通過(guò)使被測(cè)氣體中的酒精成分發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)被生成二氧化碳和水，過(guò)程中產(chǎn)生電子遷移，電子遷移的過(guò)程則形成微弱電流，通過(guò)檢測(cè)電流流過(guò)的量而計(jì)算出被測(cè)氣體中酒精 成分的多少。方案二：使用半導(dǎo)體型 MQ-3酒精傳感器。該半導(dǎo)體傳感器具有氣敏特性， 當(dāng)接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加， 它對(duì)外呈現(xiàn)的電阻值就降低。使用簡(jiǎn)單 的電路即可將電阻的變化，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 再經(jīng)過(guò)一系 列的處理與計(jì)算得到酒精的濃度。與半導(dǎo)體型相比，燃料電池型呼氣酒精測(cè)試儀具有穩(wěn)定性好， 精度高，抗干 擾性好的明顯優(yōu)點(diǎn)。但遺憾的是由于燃料電池酒精傳感器的

12、結(jié)構(gòu)要求非常精密， 制造難度相當(dāng)大，目前世界上只有歐美等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠生產(chǎn)。因其材料成本 高，不便廣泛應(yīng)用。而半導(dǎo)體型傳感器的靈敏度、精度、可靠性也能滿(mǎn)足酒精濃 度檢測(cè)和安全控制系統(tǒng)的要求，且半導(dǎo)體型酒精傳感器的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。 所 以采用方案二，選用半導(dǎo)體型酒精傳感器。2、A/D轉(zhuǎn)換器的選擇方案一：采用分級(jí)式轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器采用兩步或多步進(jìn)行分辨率的閃爍 式轉(zhuǎn)換，進(jìn)而快速地完成“模擬-數(shù)字”信號(hào)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較高的分辨 率。方案二：采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，如 ADC0832其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，精度 也較高，輸出為二進(jìn)制碼，直接I/O 口，軟件設(shè)計(jì)方便。ADC0832是一種8位分 辨

13、率、雙通道串行接口 A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于ADC0832專(zhuān)換器采樣速度快，功耗低，價(jià)格低廉，降低了成本，芯片引 腳少，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作量小，故選擇方案二，選用ADC0832專(zhuān)換器。3、控制器模塊的選擇方案一：采用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)列陣）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減 小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以應(yīng)用 EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò) 展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。方案二：采用ATME公司的AT89S51作為系統(tǒng)控制器的CPU方案。單片機(jī)算 術(shù)運(yùn)算功

14、能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯 控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域 應(yīng)用廣泛。FPGA集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路 板布線(xiàn)復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。AT89S51單片機(jī)引腳相對(duì)較少， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，所以采用方案二，選擇 AT89S51單片機(jī)作為控制器。1 I !4、酒精濃度顯示器的選擇方案一：使用液晶屏顯示。液晶顯示屏（LCD具有輕薄短小、低耗電量、 無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫(huà)面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯

15、示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽 命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維 護(hù)，同時(shí)其精度高，稱(chēng)量快，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。數(shù)碼顯示是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，編程工 作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。就本設(shè)計(jì)課程來(lái)說(shuō)，數(shù)碼管更 適宜。5、報(bào)警器的選擇光報(bào)警采用單片機(jī) I/O 口外接三極管驅(qū)動(dòng)電磁繼電器， 使轉(zhuǎn)向燈閃爍。 同時(shí)用三極 管驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管室內(nèi)報(bào)警警示駕駛員。聲報(bào)警蜂鳴器報(bào)警。采用單片機(jī) I/O 口外接三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。6、點(diǎn)火系統(tǒng)控制裝置

16、的選擇在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)和初級(jí)點(diǎn)火線(xiàn)圈之間的電路上串接一個(gè)電磁繼電器， 并由單片機(jī) I/O 口外接三極管控制繼電器回路的通斷， 并通過(guò)繼電器觸點(diǎn)的開(kāi)閉控制點(diǎn)火電 路。7、模塊的最終方案?jìng)鞲衅鳎喊雽?dǎo)體型MQ-3酒精傳感器A/D轉(zhuǎn)換器：ADC0832專(zhuān)換器控制器模塊：AT89S5仲片機(jī)( 4)酒精濃度顯示器：數(shù)碼管( 5)報(bào)警器：轉(zhuǎn)向燈、發(fā)光二極管警示燈蜂鳴器( 6)點(diǎn)火系統(tǒng)控制裝置：電磁繼電器三硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精氣體濃度探測(cè)儀，可用來(lái)檢測(cè)酒精 氣體濃度。系統(tǒng)包含信號(hào)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)電路、報(bào)警電路、安 全控制電路等。駕駛員上車(chē)收到系統(tǒng)指令后即可向傳感器吹氣。

17、由于酒精含量與酒精傳感器 檢測(cè)后產(chǎn)生的負(fù)載電阻電壓信號(hào)成正比例關(guān)系，因此可以根據(jù)電壓信號(hào)進(jìn)行酒精含量的判斷。檢測(cè)的電壓信號(hào)通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由 AT89S51 單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理判斷，最后酒精濃度用數(shù)碼管顯示，同時(shí)根據(jù)酒精濃度 報(bào)警裝置和安全控制裝置作相應(yīng)工作。若酒精含量沒(méi)有超標(biāo)，汽車(chē)可正常啟動(dòng)行 駛；反之，駕駛員無(wú)法啟動(dòng)汽車(chē)，同時(shí)轉(zhuǎn)向燈閃爍、警示燈、喇叭進(jìn)行報(bào)警，引 起駕駛員和人們注意，并在四小時(shí)之內(nèi)任何人無(wú)法啟動(dòng)汽車(chē)。3.1電源電路本設(shè)計(jì)中所選的MQ-3酒精傳感器和AT89S51單片機(jī)需要5V直流電壓供電， 而車(chē)載蓄電池提供的是12V的直流電壓。所以首先需要將12V

18、電壓轉(zhuǎn)換為5V電 壓，以保證系統(tǒng)正常工作。使用一片MC7805AC將車(chē)載12V電源轉(zhuǎn)換為5V為系統(tǒng)提供穩(wěn)壓電源。在 MC7805AC前后兩端各并聯(lián)兩個(gè)電容，使輸出電壓穩(wěn)定可靠。電容C1為濾波電容，電容C2作為高頻旁路電容，將高頻信號(hào)旁路到地。電容 C3為濾波電容，C4 為高頻旁路電容。電容二極管 D1是保護(hù)二極管，保護(hù)集成穩(wěn)壓器 MC7805AC內(nèi) 部調(diào)整管b-e結(jié)不致因反偏擊穿而造成損壞。電路原理圖如圖3-1所示。TPID1LLJ ClIflOkFC3ClltwDCt：V圖3-1 5V穩(wěn)壓電源3.2信號(hào)采集電路MQ-3的加熱電阻兩端即H引腳接至+5V直流穩(wěn)壓電源，用于電阻絲對(duì)敏感體 電阻的加

19、熱。MQ-3的兩個(gè)A引腳相連，作為敏感體電阻的一個(gè)電極。MQ-3的兩個(gè)B引腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個(gè)電極。將電極斷A接到電源正 極，電極端B接一個(gè)0. 5-200K電位器。MQ-3型氣敏傳感器與電位器串聯(lián)構(gòu)成 分壓電路，采樣點(diǎn)為電位器的分壓。當(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時(shí)， 對(duì)應(yīng)的電位器的分壓值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化， 即一個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)著一個(gè)被測(cè)酒精 氣體濃度。對(duì)酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為對(duì)電位器分壓的采樣。電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2 MQ-3信號(hào)采集電GNDDIDOCS甘 CXK VCC REICHOCHIWTTu3.3信號(hào)轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計(jì)選擇CH0a行單通道轉(zhuǎn)換，

20、引腳CH（與信號(hào)采集電路信號(hào)輸出端相連。 引腳CLK與單片機(jī)P1.1接口連接，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部中斷，使單片機(jī)引腳P1.1的電壓不斷高低變化，產(chǎn)生一個(gè)能使 ADC0832正常工作的時(shí)鐘脈沖。引腳 CS與 單片機(jī)P1.3接口連接，通過(guò)賦予P1.3高低電平讓芯片使能，控制ADC0832T作 與否。引腳DI、DC與單片機(jī)P1.2接口相連，使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù) 據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通道選擇和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最后單片機(jī)再通過(guò)引腳DC進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。電路連接圖如圖3-3所示。pi o ?L.lPI JPI 4PE 5PLPI 7RSTP3 （KKXPM； 一.匚.PJJCtXTCi ps丸瓦77 P3KTO） PJ

21、.scn PS O0VM（531XT AL IXTAL1VSWAT89S51單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括電源，晶振和復(fù)位電路三個(gè)部分。這是使單片機(jī) 正常工作的必要外圍電路部分。對(duì)于電源部分，使用的是 MC7805AC轉(zhuǎn)換的5V穩(wěn)壓電源。單片機(jī)的引腳40 對(duì)應(yīng)的VCC接至U +5V電源的正極，引腳20對(duì)應(yīng)的GN取至U +5V電源的接地端，為 AT89S5仲片機(jī)提供正常的工作電壓。對(duì)于晶振部分，AT89S51單片機(jī)中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相 放大器，引腳19對(duì)應(yīng)的XTAL1和18對(duì)應(yīng)的XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸 出端。放大器通過(guò)引腳XTAL1和 XTAL2與外接的晶體以

22、及電容 C1、C2構(gòu)成并聯(lián) 諧振電路，產(chǎn)生出晶體振蕩信號(hào)，該晶振信號(hào)接至內(nèi)部的時(shí)鐘電路。 本設(shè)計(jì)選用 的晶振頻率為12MHz對(duì)于外接電容C1和C2的大小雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求， 但電容容量的大小還是會(huì)對(duì)振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來(lái)一定的影響。根據(jù)技術(shù)資料的推薦，使用石英晶體推薦電 容容量為30pF 10pF,使用陶瓷諧振器推薦電容容量為 40pF 10pF。因?yàn)殡娐?中接的是石英晶體，所以設(shè)計(jì)中接的兩個(gè)電容C1和C2的容量都為30pF。對(duì)于復(fù)位電路部分，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高 電平將使單片機(jī)復(fù)位。51單片機(jī)通常采用上電復(fù)位和按鈕

23、復(fù)位兩種。本設(shè)計(jì)采 用的是上電復(fù)位。上電復(fù)位電路，上電瞬間，+5V電源對(duì)RC電路充電，在 RST引腳出現(xiàn)正脈沖。為了單片機(jī)可靠復(fù)位，一般讓RST引腳保持10us以上高電平， 故本設(shè)計(jì)選C=1OuF R=8.2千歐。最小系統(tǒng)電路連接原理圖如圖3-4所示。3456s9101215141516171319ZOPI-0vccPL.1PDOPL2FO.lPL3pa_2POJPL.5 PL 6P0.5FL 7徑If 1P3 0(KXP)EAPllfTXDjALEPSBNPl XtNTl)P3.4(T0) scriP3 ?冠XTAL2XT AUP2.7P2-6P2.SP2AP23PMP2.0 3-3iS37

24、36355431302S27262524232221413.5數(shù)碼管顯示電路進(jìn)行信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、處理后，計(jì)算出酒精濃度。本設(shè)計(jì)是通過(guò)數(shù)碼管來(lái)顯 示駕駛員血液中的酒精濃度的。數(shù)碼管顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式，本設(shè)計(jì)使用動(dòng)態(tài)顯示。且 選擇共陰極數(shù)碼管。將各位數(shù)碼管的 a dg端分別連在一起，并于單片機(jī)系統(tǒng) 的P0 口相連，從該I/O 口輸出顯示代碼。每只數(shù)碼管的共陰極端或共陽(yáng)極端則 與另一個(gè)接口 P2相連。電路連接圖如圖3-5所示。通過(guò)P0 口向數(shù)碼管輸送不斷高低變化的電頻，使數(shù)碼管內(nèi)部部分二極管發(fā) 光，使數(shù)碼管顯示數(shù)字，而通過(guò) P2 口輸送電頻控制哪個(gè)數(shù)碼管亮。每一時(shí)刻， 只有一位數(shù)碼

25、管被點(diǎn)亮顯示數(shù)據(jù)，各位之間，依次輪流被點(diǎn)亮，利用發(fā)光二極管的余暉和人眼的駐留效應(yīng)，并通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整每位數(shù)碼管點(diǎn)亮的時(shí)間和時(shí)間間 隔，一個(gè)循環(huán)下來(lái)即可顯示一組完整數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)酒精濃度計(jì)量單位為 ml/100ml,且根據(jù)實(shí)際情況只要顯示一位整數(shù) 和小數(shù)點(diǎn)后三位。例如，如果示數(shù)為1314,則表示酒精濃度為1.314 ml/100ml。圖3-5顯示電路3.6報(bào)警電路若駕駛員血液中酒精濃度超標(biāo)，需要一個(gè)報(bào)警電路來(lái)提示駕駛員此時(shí)處于飲 酒狀態(tài)不能駕車(chē)。同時(shí)告知其他人該駕駛員已飲酒，讓駕駛員迫于壓力不敢駕駛。 報(bào)警電路主要包含室內(nèi)聲光報(bào)警和室外轉(zhuǎn)向燈閃爍報(bào)警。當(dāng)駕駛員呼出氣體中酒精含量超標(biāo)時(shí)，單片機(jī) I/O

26、 口外接三極管Q2驅(qū)動(dòng)發(fā) 光二極管和蜂鳴器，室內(nèi)聲光報(bào)警；同時(shí)三極管 Q1驅(qū)動(dòng)電磁繼電器K2,使其觸 點(diǎn)閉合，接通轉(zhuǎn)向燈回路，使轉(zhuǎn)向燈閃爍報(bào)警。電路連接圖如圖 3-6所示。LL1_TTI】ITIf-1-111111 11刀-1J3.45-6RSTPT OfRXP-P3.1I2Ej丿ikP3 (RDi XTAL2 XTAL1ALEP2 7P2iP2 5P2.4P21P2 2P2 JP2.03418弭J3T311艸2&27藥11：vcpd.mpo.pdpd.pd.ki圖3-6報(bào)警電路3.7點(diǎn)火裝置電源控制電路點(diǎn)火裝置電源控制電路主要有三極管、電磁繼電器、電阻等。電磁繼電器繞組部分與三極管串接形成回

27、路，三極管的通斷由單片機(jī)I/O 口控制。電磁繼電器 觸電串接在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)和初級(jí)點(diǎn)火線(xiàn)圈之間。當(dāng)駕駛員血液中酒精含量未超標(biāo)時(shí)， 單片機(jī)I/O 口變?yōu)榈碗娖?，使三極管導(dǎo)通，電磁繼電器回路接通。繼電器線(xiàn)圈得 電，使觸點(diǎn)閉合，點(diǎn)火回路接通，發(fā)動(dòng)機(jī)可正常啟動(dòng)。當(dāng)駕駛員血液中酒精含量 超標(biāo)時(shí)，單片機(jī)I/O 口變?yōu)楦唠娖?，三極管截止，電磁繼電器不工作，點(diǎn)火回路 不導(dǎo)通，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，以防止酒后駕駛。電路連接圖如圖3-7所示。V3-C13 T*IX 叵二! &.r-.電2 r.slM: 汽=!-. UB. - PCIu二-1若 4四 軟件設(shè)計(jì)考慮到簡(jiǎn)單、便于修改等因素， 本設(shè)計(jì)采用 C 語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)代碼。 程序

28、的編寫(xiě)、 修改主要在Keil uVision3 軟件平臺(tái)上，并最終生成.HEX文件。軟件部分主要包主程序、 信號(hào)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子程序、 數(shù)據(jù)處理子程序、 數(shù) 據(jù)顯示子程序、報(bào)警及安全控制子程序等。4.1 主程序由于未系統(tǒng)工作時(shí)， 單片機(jī)接口一直是低電平， 控制點(diǎn)火電源回路的電磁繼 電器會(huì)一直處于斷開(kāi)狀態(tài)， 點(diǎn)火回路一直不能導(dǎo)通， 發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)， 即駕駛員 在未經(jīng)過(guò)本系統(tǒng)的檢測(cè)之前是無(wú)法啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的。由于酒精傳感器需要加熱五分鐘之后檢測(cè)的酒精濃度才會(huì)準(zhǔn)確， 故駕駛員上 車(chē) 5 分鐘后，綠色二極管發(fā)光提示可對(duì)系統(tǒng)傳感器吹氣。當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)， 氣體傳感器MQ-3的兩個(gè)電極端A-B間電阻將變小，

29、對(duì)應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻 的分壓將變大。ADC083啟動(dòng)對(duì)通道CH0端輸入的采集電壓信號(hào)并作模數(shù)轉(zhuǎn)換， 等轉(zhuǎn)換的結(jié)束后， 開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)。 單片機(jī)通過(guò) I/O 口與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出 口相連讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)， 讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中， 經(jīng)過(guò)單片機(jī)作 相應(yīng)的處理， 即要將該電壓值轉(zhuǎn)換為酒精濃度值， 然后處理后的數(shù)據(jù)用數(shù)碼管顯 示，同時(shí)根據(jù)酒精濃度報(bào)警裝置和安全控制裝置作相應(yīng)工作。 主程序流程圖如圖 4-1 所示。圖4-1主程序框圖4.2信號(hào)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子程序因?yàn)锳DC0832的模擬輸入端CH0與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線(xiàn)連在了一起。 所以 單片機(jī)在啟動(dòng)測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之前要選擇通道0,寫(xiě)

30、入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，然后啟動(dòng)對(duì)通道CH0端輸入的采集電壓信號(hào)作模數(shù)轉(zhuǎn)換， 等待轉(zhuǎn)換的結(jié)束。把CH0通道 輸入的0-5V的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，然后將對(duì)應(yīng)數(shù)值存儲(chǔ)到內(nèi)存單元。芯片使能產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)1輸入通道控制字讀取兩字節(jié)數(shù)據(jù)開(kāi)始轉(zhuǎn)換Y讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)值將值送入指定的寄存器結(jié)束圖4-2數(shù)據(jù)采集子程序框圖4.3數(shù)據(jù)處理子程序ADC0832轉(zhuǎn)換后給單片機(jī)的數(shù)據(jù)加以處理計(jì)算出的酒精濃度是小數(shù)a,需要對(duì)數(shù)據(jù)a作一定處理才能讓數(shù)碼管顯示出正確的酒精濃度示數(shù)。本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況顯示一位整數(shù)和小數(shù)點(diǎn)后三位。取 a的整數(shù)部分和小數(shù)點(diǎn)后前三位并乘以 1000讓其變成整數(shù)b,在作進(jìn)一步處理，讓整數(shù)b的千、百、十、個(gè)位分

31、別在數(shù) 碼管上對(duì)應(yīng)顯示，即只讓數(shù)碼管顯示濃度的整數(shù)部分和小數(shù)后三位。數(shù)據(jù)處理子 程序流程圖如圖4-3所示。計(jì)算出酒精濃度值a取小數(shù)的前四位并乘以1000得整數(shù)bb/1000,得a的整數(shù)部分count3b%1000/100得a的小數(shù)點(diǎn)后第一位count21b%100/1Q得a的小數(shù)點(diǎn)后第二位count11b%10,得a的小數(shù)點(diǎn)后第三位count0結(jié)束圖4-3數(shù)據(jù)處理子程序流程圖4.4數(shù)據(jù)顯示子程序本設(shè)計(jì)采用的是數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示方式。每一時(shí)刻，只有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮， 各位之間，依次輪流從左至右被點(diǎn)亮。即從左至右依次給四個(gè)數(shù)碼管分別送段碼 和位碼。送完位碼和段碼后適當(dāng)后延時(shí)一段時(shí)間，再加上發(fā)光二極管的

32、余暉和人 眼的駐留效應(yīng)，即可使數(shù)碼管穩(wěn)定的顯示酒精濃度示數(shù)。 數(shù)據(jù)顯示子程序流程圖 如圖4-4所示。四位顯示完畢圖4-4顯示子程序流程圖4.5報(bào)警和安全控制子程序按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛駕駛?cè)藛T血液、呼氣酒精含量閥值與檢驗(yàn)的規(guī)定：血 液中酒精含量超過(guò)20mg/100m，不到80 mg/100ml，算是酒后駕駛；達(dá)到或超過(guò) 80 mg/100ml，算是醉酒駕駛。由于本設(shè)計(jì)的計(jì)量單位是 ml/100ml，根據(jù)酒精密度為0.8g/ml ，可計(jì)算出當(dāng) 血液中酒精含量超過(guò)0.025ml/100ml，不到0.1ml/100ml，算是酒后駕駛；達(dá)到 或超過(guò)0.1ml/100ml，算是醉酒駕駛。將測(cè)得的酒精濃度與標(biāo)準(zhǔn)

33、值進(jìn)行比較。若酒精含量沒(méi)有超標(biāo)，單片機(jī)引腳P1.5、P1.6變?yōu)楦唠娖剑龢O管Q1、Q2不導(dǎo)通，警示燈不亮，喇叭不報(bào)警，轉(zhuǎn) 向燈不閃爍；同時(shí)單片機(jī)引腳P1.7變?yōu)榈碗娖?，三極管Q3導(dǎo)通，控制繼電器工 作觸點(diǎn)閉合，汽車(chē)可正常啟動(dòng)行駛；反之，單片機(jī)引腳P1.5、P1.6變?yōu)榈碗娖?，引腳P1.7變?yōu)楦唠娖?，三極管Q1、Q2導(dǎo)通，三極管Q3截止，警示燈亮，喇叭 報(bào)警，控制繼電器觸點(diǎn)未閉合，點(diǎn)火電源電路未導(dǎo)通，汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)。如圖4-5所示。圖4-5報(bào)警和安全控制子程序流程圖五系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試電路連接好，并將調(diào)試程序?qū)階T89S51單片機(jī)后，接上+5V電源開(kāi)始調(diào)試。 先進(jìn)行每一個(gè)模塊程序的調(diào)試，看看單一的

34、模塊程序能不能實(shí)現(xiàn)出來(lái)， 如果不能 實(shí)現(xiàn)出來(lái)，就進(jìn)行程序和電路圖的檢查，查出問(wèn)題所在，從而進(jìn)行修改。當(dāng)每一 個(gè)模塊程序的調(diào)試能實(shí)現(xiàn)出來(lái)，在把整個(gè)程序?qū)?，進(jìn)行整體調(diào)試。如圖5-2為本系統(tǒng)的在proteus軟件中的仿真，通過(guò)仿真模擬實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的功能。但仿真無(wú)法模擬酒精傳感器，因此本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)變阻器模擬傳感器，檢測(cè)酒精濃度時(shí)輸出的模擬信號(hào)經(jīng) ADC0832轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)，信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理 通過(guò)數(shù)碼管顯示酒精濃度，并使報(bào)警裝置和安全控制裝置根據(jù)酒精濃度作相對(duì)應(yīng) 的工作。-土oil Cfll4 wIDIWfl1OQ磯1raiMDHJHIliCTH2旬譽(yù)棉NLE常r2IAU蠻屈Mfl:1-qjqwu

35、MJnumlitmFIHnsmH百rLIgL5J*X35耳p衛(wèi)圖5-1系統(tǒng)仿真圖1、電源電路接通，電源電路輸出+5V電壓，系統(tǒng)開(kāi)始工作，首先單片機(jī)復(fù) 位電路得電使單片機(jī)復(fù)位，隨后進(jìn)行數(shù)值初始化，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。待酒 精濃度傳感器加熱5分鐘后，單片機(jī)P1.0接口獲得高電平，綠色發(fā)光二極管亮 （如圖20），以提示駕駛員可對(duì)著系統(tǒng)傳感器吹氣。如圖5-2所示。LED1R4I3604P1.0P1.1P1 2圖5-2 吹氣指示燈圖2、駕駛員向酒精傳感器吹氣，系統(tǒng)計(jì)算出酒精濃度，并與標(biāo)準(zhǔn)值比較。如圖5-3所示，酒精濃度為0.018ml/100ml，未超標(biāo)。系統(tǒng)不報(bào)警, 電磁繼電器觸電閉合，點(diǎn)火電源電路接通，汽車(chē)可正常啟動(dòng)。盞十1議 J富圖5-3酒精濃度未超標(biāo)仿真結(jié)果圖如圖5-4所示，酒精濃度為0.364ml/100ml，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)聲光 報(bào)警，轉(zhuǎn)向燈爍，電磁繼電器觸點(diǎn)不閉合，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，汽車(chē)不能行駛。4蚩妾金圭蚤簽工圖5-3酒精濃度超標(biāo)仿真結(jié)果圖六 總結(jié)隨著人們的生活水平的提高， 私家車(chē)的數(shù)量也越來(lái)越多， 從而引發(fā)的交通是 事故也急劇增加， 帶來(lái)巨大危害。解決酒后駕車(chē)問(wèn)題迫在眉睫。 針對(duì)目前的現(xiàn)狀， 本人提出一種駕駛室酒精濃檢測(cè)與安全控制系統(tǒng)。在確定題目之后， 首先根據(jù)實(shí)際需要確定系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能。 其次根據(jù)功 能確定系統(tǒng)所需要的元器件。再次將整個(gè)系統(tǒng)分為傳感器、