基于单片机的防酒后驾驶控制系统电路设计.doc

1、基 于 单 片 机 的 防 酒 后 驾 驶 控 制 系 统 电 路 设 计摘 要 ：对 洒 后 驾 车 导 致 交 通 事 故 频 繁 发 生 的 现 象 ，设 计 了 一 种 能 够 防 止 酒 后 驾 驶 的 自 动 控 制 系 统 。该 系 统 由 酒 精 传 感 器 、A DC 0 8 0 9 转 换 器 、8 9 C 5 1 单 片 机 控 制 器 、语 音 报 警 、L ED 显 示 、 继 电 器 以 及 电 机 等 构 成 。主 要 研 究 了 对 不 同 的 区 间 浓 度 和 电 压 转 换 关 系 做 线 性 化 处 理 。将 采 集 到 的 模 拟 电 压 信 号 经

2、A /D 转 换 ， 送 入 单 片 机 ， 通 过 单 片 机 进 行 控 制 计 算 输 出 控 制 信 号 ； 当 司 机 体 内 酒 精 浓 度 超 标 时 ,该 系 统 能 够 自 动 切 断 汽 车 启 动 系 统 电 源 ,同 时 发 出 声 光 报 警 ， 并 通 过 数 码 管 实 时 显 示 酒 精 浓 度 ， 实 现 了 自 动 控 制 功 能 。该 系 统 需 要 驾 车 者 在 汽 车 点 火 前 先 进 行 吹 气 测 试 ，如 果 测 试 结 果 超 过 安 全 水 平 ，汽 车 将 不 能 开 启 。 该 装 置 可 以 用 来 防 止 有 酒 后 驾 车 的

3、人 再 次 犯 错 。 关 键 词 ： 气 体 传 感 器 ， 模 数 转 换 ， 单 片 机B a sed on S C M pr eventin g d r u nk en d r iving con tr ol sy stemcir cu it d esig nA b s t r a c t : A i m e d a t th e i nc re a s i ng a c c i d e nts c a u s e d b y d ru n k dri v i ng ， a a nti d ru nk d ri v i ng c ontrol s y s te m i s de s i

4、 g ne d .T h e d e s i g n e d s y s te m i s c on s tru c te d w i th a l c oh ol s e ns o r, th e A DC 0 8 0 9 c o nv e rte r, th e8 9 C 5 1 M C U c o ntrol l e r, s p e e c h w a rni n g s y s te m , L ED, re l a y a n d the m o tor, e tc . T he c onv e rs i on b e tw e e n v ol ta g e a n d c o

5、nc e n tra ti on i n d i ffe re n t ra n g e i s tre a te d a s l i n e a r re l a ti on s h i p. C o nv e rs i n g th e v o l ta g e s i g n a l th rou g h the A /D c o nv e rs i o n a t th e c ontrol o f th e s i ng l e -c hi p , o b ta i n i ng the d i g i ta l v ol ta g e s i g na l ; d i s p l

6、a y i n g th e c onc e n tra ti on i n the d i g i ta l tu be d i s pl a y m od u l e . W h e n the a l c ohol te s ti ng re s u l t e x c e e d s th e s a fe l i m i t, p ow e r s u pp l y o f the s ta rti n g s y s te m w i l l b e c u t to s to p the c a r fro m s ta rt u p .T he d e s i g n e d

7、s y s te m re q u i re s th e d ri v e r to ta k e a bre a th- te s t b e fo re th e i g n i ti o n c a n b e tu rne d o n a nd a c ti v a te s a l o c k i f the re s u l t i s a bov e a c e rta i n l e v e l . T h e d e v i c e i s s e e n a s a w a y to s to p p e op l e w h o ha v e b e e n c onv

8、 i c te d o f d ri v i ng u nd e r the i nfl u e nc e from o ffe nd i ng a g a i n .K e y w o r d s : Gas sensor, A /D conversion, S ing le-chip M icrocomputer目 录第一章 前言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.1 选 题 的 依 据 及 意 义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2 国 内 外 发 展 概

9、 况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21.3 本 课 题 的 主 要 研 究 内 容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3第二章 防 酒后驾 驶控制系统组成及工作原理 . . . . . . . . . . . . . . . .42.1 系 统 设 计 要 求 与 技 术 指 标 . 42.2 系 统 组 成 . 42.3 系 统 功 能 . 5第三章 防酒后驾 驶控制系统硬件 电路设计 . . . . . . . . . . . . . . . .63.1酒 精 传 感 器 测 试 电 路 的

10、设 计 . 63.2 A/D转 换 电 路 的 设 计 . 73.3单 片 机 最 小 系 统 . 103.4显 示 电 路 的 设 计 . 123.4.1 HD7279介 绍 . 123.4.2 HD7279连 接 . 133.5 报 警 电 路 的 设 计 . 153.5.1光 电 报 警 . 153.5.2 声 音 报 警 . 163. 6 汽 车 制 动 控 制 电 路 . 17第四章 防酒后驾驶控制系统软件设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . .184.1 软 件 整 体 设 计 思 路 . 184.2 主 程 序 模 块 的 设 计 . 184.

11、2.1显 示 子 程 序 . 194.2.2 控 制 子 程 序 . 224.2.2 控 制 子 程 序 . 234.3 数 据 采 集 及 处 理 模 块 . 244.4 算 法 子 程 序 模 块 . 27第五章 系统软件调试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .305.1 显 示 模 块 的 调 试 . 305.2 A/D转 换 模 块 的 调 试 . 305.3 报 警 模 块 、继 电 器 控 制 子 程 序 子 程 序 的 调 试 . 305.4 总 体 调 试 . 31第六章 总结 . . . . . . . . . . .

12、. . . . . . . . . . . . . . .326.1 完 善 功 能 . 326.2 心 得 体 会 . 32致 谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34附 录 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 5附 录 A硬 件 电 路 原 理 图 . 3 5附 录 B 程 序 清 单 . 3 7第 一 章 前 言一

13、 、选 题 的 依 据 及 意 义2 0 1 0 年 世 界 卫 生 组 织 的 事 故 调 查 显 示 ， 大 约 5 0 % 6 0 % 的 交 通 事 故 与 酒 后 驾 驶 有 关 ， 酒 后 驾 驶 已 经 被 列 为 车 祸 致 死 的 主 要 原 因 。 在 中 国 ， 每 年 由 于 酒 后 驾 车 引 发 的 交 通 事 故 达 数 万 起 ；而 造 成 死 亡 的 事 故 中 5 0 % 以 上 都 与 酒 后 驾 车 有 关 ，酒 后 驾 车 的 危 害 触 目 惊 心 ，已 经 成 为 交 通 事 故 的 第 一 大 “杀 手 ”。酒 和 汽 车 永 远 是 一 对 矛

14、 盾 体 ，酒 后 驾 车 ，醉 酒 失 事 的 报 道 每 天 在 全 国 的 电 视 网 络 报 纸 媒 体 中 重 复 ， “远 离 酒 后 驾 车 ， 珍 爱 生 命 ”类 似 的 公 益 广 告 、公 益 倡 导 同 样 时 时 刻 刻 出 现 在 公 众 视 野 ，而 事 实 却 是 人 们 难 以 避 免 更 难 以 杜 绝 每 时 每 刻 不 停 发 生 的 因 酒 后 驾 车 所 引 发 的 悲 剧 。受 到 酒 精 影 响 的 司 机 通 常 会 有 如 下 特 征 ：对 信 号 灯 反 应 慢 ；逆 向 行 驶 ；摇 摆 不定 、突 然 转 向 、飘 忽 不 定 或 在

15、道 路 中 线 驾 驶 ；乱 踩 刹 车 ；转 弯 幅 度 大 ；蛇 形 ； 没 有 原因 就 停 车 ；开 车 速 度 极 慢 ；突 然 转 弯 或 违 法 转 弯 ；天 黑 时 不 开 前 灯 。据 统 计 ，驾 驶 员酒 后 开 车 ，其 发 生 交 通 事 故 的 比 率 为 没 有 饮 酒 情 况 下 的 16倍 。由 日 常 道 路 交 通 安全 违 法 行 为 和 交 通 肇 事 案 例 来 看 ，机 动 车 驾 驶 员 酒 后 驾 车 约 占 38. 6%； 而 摩 托 车 交通 肇 事 中 ，酒 后 驾 驶 的 比 例 则 高 达 72. 3%。根 据 调 查 表 明 ，40

16、%的 酒 后 驾 车 者 “过 高 地 相 信 自 己 的 驾 驶 技 术 ”。这 类 驾车 者 认 为 自 己 酒 量 大 ，开 车 技 术 过 硬 ，总 想 用 酒 后 驾 车 来 “炫 耀 ”自 己 的 技 术 ， 结 果造 成 险 象 环 生 。27%的 酒 后 驾 车 者 的 “安 全 意 识 不 强 ” 。此 外 ，酒 后 驾 驶 者 往 往 存 在 “侥 幸 心 理 ”，认 为 自 己 以 前 饮 酒 驾 驶 从 来 没 有 出 过 事 ，也 没 有 被 抓 过 ，而 且 也 经 常 看 到 其 他 人 酒 后 驾 驶 ，于 是 便 侥 幸 酒 后 驾 驶 ，造 成 惨 剧 。有

17、 了 以 上 思 想 作 怪 ，驾 驶 者 往 往 把 酒 后 开 车 不 当 回 事 ，使 酒 后 驾 驶 屡禁 不 止 。严 打 酒 后 驾 驶 ，首 先 应 该 从 健 全 法 规 和 加 强 执 行 力 两 个 方 面 入 手 ，维 护 法 律 的 严 肃 性 ，而 不 是 一 时 的 所 谓 专 项 整 治 行 动 。处 罚 只 是 一 个 方 面 ，减 少 酒 后 驾 驶 ，更 应 该 重 视 教 育 、预 防 层 面 的 工 作 。本 次 课 程 设 计 是 针 对 酒 后 驾 驶 的 控 制 系 统 ， 当 司 机 体 内 酒 精 浓 度 超 标 时 ， 控 制 系 统 会 自

18、 动 切 断 汽 车 启 动 系 统 ，使 汽 车 无 法 正 常 启 动 。 阻 止 司 机 酒 后 驾 驶 造 成 事 故 。二 、国 内 外 发 展 概 况酒 后 驾 车 严 重 危 害 交 通 安 全 。为 检 查 醉 驾 , 警 察 常 常 使 用 一 种 便 携 式 的 酒 精 呼 吸 检 测 仪 , 通 过 检 测 驾 驶 者 呼 出 的 气 体 判 断 驾 驶 者 是 否 饮 酒 。这 种 方 式 比 以 往 的 “走 直 线 ”、闻 气 味 先 进 了 很 多 。我 国 警 方 目 前 使 用 的 酒 精 呼 吸 检 测 仪 只 能 初 步 显 示 驾 驶 员 是 否 饮 酒

19、 , 有 醉 驾 嫌 疑 的 驾 驶 员 还 需 要 接 受 血 检 , 以 确 定 其 体 内 酒 精 含 量 是 否 超 标 。如 何 做 到 防 范 于 未 然 ？ 近 年 来 ，许 多 国 家 已 开 始 逐 步 采 用 科 技 手 段 防 止 酒 后 驾 驶 。青 岛 盛 源 达 电 子 科 技 有 限 公 司 最 新 研 究 开 发 、投 入 生 产 的 “汽 车 酒 后 控 驾 防 盗 器 ”是 国 内 新 型 高 新 技 术 。具 有 酒 后 报 警 控 制 驾 驶 和 高 级 防 盗 双 重 功 能 ，该 技 术 已 申 请 国 家 专 利 。酒 后 控 驾 防 盗 器 是

20、一 款 汽 车 专 用 酒 后 安 全 驾 驶 的 检 测 和 预 防 设 备 ，同 时 具 有 高 级 防 盗 功 能 。在 车 辆 上 安 装 酒 后 控 驾 防 盗 器 之 后 ，驾 驶 人 员 在车 辆 启 动 前 需 进 行 吹 气 检 测 ，当 呼 出 的 气 体 中 酒 精 浓 度 高 于 国 家 交 通 部 门 制 定 的标 准 时 ，能 及 时 断 开 点 火 电 路 和 发 出 报 警 声 ，并 用 延 时 装 置 使 驾 驶 人 员 能 有 机 会休 息 以 便 醒 酒 ，能 有 效 地 防 止 酒 后 驾 车 ，该 设 备 不 受 同 车 饮 酒 人 员 的 影 响 。

21、若 从 机动 车 上 取 下 设 备 ，即 使 有 钥 匙 汽 车 也 无 法 发 动 ，为 汽 车 增 加 了 一 层 安 全 保 险 ， 从 而实 现 了 防 盗 功 能 。本 产 品 采 用 呼 出 气 体 酒 精 含 量 测 试 仪 是 专 用 于 测 试 人 体 呼 出 气体 中 酒 精 含 量 的 仪 器 。本 机 敏 感 元 件 采 用 兆 度 电 子 先 进 的 纳 米 半 导 体 热 线 型 酒 精传 感 器 ，具 有 极 好 的 灵 敏 度 和 出 色 的 重 复 性 ；测 试 程 序 由 人 工 智 能 设 计 的 微 电 脑 控制 。经 历 3 年 多 与 英 国 合

22、作 成 功 地 研 制 出 当 今 世 界 第 一 具 有 国 际 领 先 水 平 的 “司 机 手 指 汗 液 酒 精 检 测 、指 纹 识 别 防 作 弊 、防 盗 、防 酒 后 驾 车 系 统 ”该 系 统 拥 有 三 防 为 一 体 ，监 控 司 机 酒 后 驾 车 ，拥 有 全 部 自 主 知 识 产 权 ，申 请 了 多 项 国 内 外 专 利 ，成 为 中 国 第 一 家 研 制 能 在 人 体 汗 液 中 检 测 出 酒 精 含 量 的 检 测 仪 。此 产 品 的 问 世 能 利 用 科 技 手 段 从 源 头 上 防 止 酒 后 驾 车 情 况 的 发 生 ，本 产 品 属

23、 车 载 系 统 可 实 现 实 时 监 控 司 机 酒 后 驾 车 ，指 纹 识 别 系 统 可 有 效 防 止 司 机 酒 后 请 人 代 为 检 测 等 作 弊 行 为 。该 套 指 纹 式 酒 后 禁 驾 系 统 由 汗 液 酒 精 测 试 分 析 仪 、指 纹 识 别 仪 、脉 搏 监测 仪 构 成 。酒 精 钥 匙 2007 年 萨 博 在 其 新 款 的 9- 5 系 列 车 型 上 ，率 先 使 用 了 Al c oke y 酒 精 钥 匙 技 术 ，在 车 钥 匙 中 集 合 了 迷 你 型 酒 精 监 测 装 置 ，体 积 小 于 一 般 的 手 机 ，长80mm，宽 5m

24、m。钥 匙 上 有 一 个 吹 气 口 ，在 启 动 发 动 机 前 ，必 须 向 里 面 吹 气 ，以 监 测驾 驶 者 酒 精 含 量 。如 果 检 验 出 酒 精 含 量 不 超 标 ，钥 匙 亮 起 绿 色 指 示 灯 ，发 动 机 电 脑即 可 启 动 ；而 如 果 酒 精 含 量 超 标 ，发 动 机 则 会 自 动 锁 止 而 不 能 启 动 车 辆 。一 些 新 的 光 学 手 段 也 可 应 用 于 对 付 醉 驾 。俄 罗 斯 圣 彼 得 堡 一 家 激 光 公 司 发 明 了 激 光 酒 精 检 测 仪 , 可 对 驾 驶 员 是 否 饮 酒 进 行 远 距 离 探 测

25、。检 测 时 , 检 测 仪 发 射 一 束 激 光 透 过 挡 风 玻 璃 对 车 内 空 气 进 行 检 测 , 如 果 空 气 中 酒 精 含 量 超 过 百 万 分 之 一 , 仪 器 就 会 报 警 。还 有 一 些 更 新 锐 的 检 测 技 术 正 在 研 究 之 中 。比 如 , 英 国 布 里 斯 托 尔 大 学 的 研 究 人 员 试 图 通 过 检 测 驾 驶 员 眼 睛 的 动 作 来 识 别 是 否 醉 驾 。正 常 状 态 下 , 驾 驶 员 转 动 方 向 盘 时 , 会 提 前 0185 s 左 右 将 目 光 转 向 一 边 。而 饮 酒 将 明 显 缩 短

26、这 个 时 间 差 。2 小 杯 伏 特 加 酒 就 会 使 时 间 差 降 到 015 s 以 下 , 4 小 杯 伏 特 加 会 完 会 消 除 这 一 时 间 差 。三 、研 究 内 容应 用 单 片 机 技 术 设 计 一 个 基 于 单 片 机 的 防 酒 后 驾 驶 控 制 系 统 设 计 。系 统 能 通 过 高 灵 敏 度 的 呼 气 式 酒 精 传 感 器 检 测 司 机 的 酒 精 摄 入 量 ，当 司 机 体 内 酒 精 浓 度 超 标 时 ，控 制 系 统 会 自 动 切 断 汽 车 启 动 系 统 ，使 汽 车 无 法 正 常 启 动 。系 统 可 显 示 司 机摄

27、入 的 酒 精 浓 度 ，并 具 有 实 时 监 测 和 光 电 、语 音 报 警 功 能1，设 计 51 单 片 机 最 小 系 统 ；2，设 计 LED显 示 电 路 ；3，设 计 信 号 采 集 转 换 电 路 ；4，设 计 控 制 切 断 汽 车 启 动 系 统 接 口 电 路单 片 机 系 统第 二 章 防 酒 后 驾 驶 控 制 系 统 组 成 及 工 作 原 理2 . 1 系 统 设 计 要 求 与 技 术 指 标本 课 题 要 求 采 用 单 片 机 程 序 设 计 方 法 对 各 路 温 度 进 行 采 集 ，数 据 进 行 数 字 控 制 算 法 ，输 出 控 制 信 号

28、，控 制 加 热 执 行 机 构 ，同 时 显 示 各 房 间 的 温 度 。具 体 技 术 要 求 如 下 ：1，设 计 51 单 片 机 最 小 系 统 ；2，设 计 LED显 示 电 路 ；3，设 计 信 号 采 集 转 换 电 路 ；4，设 计 控 制 切 断 汽 车 启 动 系 统 接 口 电 路 ；2 . 2 系 统 组 成本 系 统 由 硬 件 与 软 件 两 大 部 分 组 成 ，硬 件 电 路 组 成 分 为 以 下 几 个 部 分 ：由 酒 精 浓 度 数 据 采 集 部 分 、单 片 机 最 小 系 统 部 分 、7279 控 制 显 示 部 分 、声 光 报 警 部 分

29、 、控 制 继 电 器 部 分 。其 中 酒 精 浓 度 数 据 采 集 部 分 包 括 有 信 号 前 端 的 转 换 、信 号 放 大和 A/D采 样 三 个 方 面 。其 功 能 模 块 如 图 2- 1 所 示 。酒 信精 号A传 放 /D转 感 大 换器 电 测 路 试控 制 电 路显 示 电 路 语 音 报 警 电 路光 电 报 警 电 路图 2- 1 系 统 结 构 框 图本 系 统 软 件 整 体 设 计 思 路 采 用 模 块 化 设 计 ，软 件 由 主 模 块 、声 光 报 警 模 块 、数 据 采 集 模 块 、显 示 模 块 、算 法 模 块 、存 储 模 块 等 组

30、 成 。数 据 采 集 程 序 主 要 将接 收 到 的 数 据 送 到 A /D 转 换 器 中 处 理 , 进 而 将 数 字 信 号 输 入 到 单 片 机 中 ; 然 后 , 一 部 分 送 去 LED 显 示 , 另 外 一 部 分 与 设 定 值 进 行 比 较 , 当 其 超 过 标 定 值 时 , 语 音 报 警 器 提 示 驾 驶 员 开 车 危 险 , 使 其 提 高 警 惕 性 , 同 时 控 制 继 电 器 的 动 作 , 使 汽 车 引 擎 不 能 启 动 。其 模 块 框 图 如 图 2-2 所 示主 模 块声 数 显 算 存光 据 示 法 储报 采 模 模 模警

31、集 块 块 块模 模块 块图 2- 2 系 统 模 块 框 图2 . 3 系 统 功 能本 系 统 通 过 酒 精 传 感 器 检 测 驾 驶 员 呼 出 气 体 酒 精 浓 度 , 由 于 输 出 电 压 为 毫 伏 级 的 太 小 ，为 了 提 高 测 温 灵 敏 度 再 经 过 放 大 电 路 使 输 出 电 压 控 制 在 0V- 5V，再 将 输 出 信 号 送 人 A/D转 换 器 进 行 模 数 转 换 ，将 采 集 的 数 据 送 入 单 片 机 。经 过 单 片 机 的 逻 辑 判 断 处 理 , 根 据 驾 驶 员 体 内 酒 精 浓 度 和 标 定 值 比 较 来 控 制

32、 继 电 器 的 动 作 , 进 而 控 制 汽 车 启 动 电 机 的 工 作 。整 个 系 统 可 以 通 过 自 动 检 测 驾 驶 员 体 内 的 酒 精 浓 度 来 防 止 驾 驶 员 酒 后 驾 驶 。第 三 章 防 酒 后 驾 驶 控 制 系 统 的 硬 件 设 计硬 件 是 整 个 系 统 正 常 工 作 的 基 础 。本 系 统 硬 件 电 路 主 要 由 酒 精 传 感 器 测 试 电 路 、信 号 放 大 电 路 、A/D转 换 电 路 、单 片 机 系 统 、控 制 电 路 、显 示 电 路 、语 音 报 警电 路 及 光 电 报 警 电 路 组 成 ，其 各 部 分

33、设 计 如 下 。3 . 1 酒 精 传 感 器 测 试 电 路 的 设 计MR5 1 3 型 气 敏 元 件 通 过 气 体 吸 附 在 金 属 氧 化 物 半 导 体 表 面 而 产 生 热 传 导 变 化 及 电 传 导 变 化 的 原 理 ，由 白 金 线 圈 电 阻 值 变 化 测 定 气 体 浓 度 。MR5 1 3 由 检 测 元 件 和 补 偿 元 件 配 对 组 成 电 桥 的 两 个 臂 ，遇 可 燃 性 气 体 时 检 测 元 件 电 阻 减 小 ，桥 路 输 出 电 压 变 化 ，该 电 压 变 化 随 气 体 浓 度 增 大 而 成 比 例 增 大 ，补 偿 元 件

34、起 参 比 及 温 度 补 偿 作 用 。由 于 这 种 变 化 是 可 逆 的 ，所 以 能 重 复 使 用 。当 气 敏 传 感 器 的 敏 感 体 电 阻 阻 值 发 生 改 变 时 ，对 应 的 电 位 器 的 分 压 值 也 会 发 生 相 应 的 变 化 ，即 一 个 电 压 值 对 应 着 一 个 被 测 酒 精 气 体 浓 度 。对 酒 精 气 体 浓 度 的 采 样 就 可 以 转 化 为 对 电 位 器 分 压 的 采 样 。图 1 MQ-3 气 敏 元 件 的 结 构 和 外 形MR 酒 精 传 感 器 对 乙 醇 蒸 气 有 很 高 的 灵 敏 度 和 良 好 的 选 择 性 ，具 有 快 速 的 响 应 恢 复 特 性 ，具 有 长 期 的 寿 命 和 可 靠 的 稳 定 性 ，具 有 简 单 的 驱 动 回 路 等 特 点 。 在 采 样 硬 件 电 路 中 实 际 要 考 虑 到 MR 的 实 际 技 术 参 数 ，应 为 实 验 所 用 的 MR 在 预 热5 到 10 分 钟 后 。传 感 器 测 试 电 路 如 图