毕业设计：驾驶室酒精浓度检测及安全控制系统

2012届毕业设计（论文）

论文题目：驾驶室酒精浓度检测及安全控制系统

系 别： 专 业：

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摘要

随着私家车数量日益增多，酒后驾车也随之增加。防止酒后驾车问题迫在眉睫。笔者从方便、即时、安全等角度出发设计出一种车载电控系统。

本文设计的是一种车载式的具有酒精度检测和安全控制功能的电控系统，能够检测出驾驶员是否饮酒超标。驾驶员只要将嘴对着传感器吹气，仪器上就能显示出驾驶员血液中酒精浓度的高低，同时根据检测到酒精浓度是否超标进行自主判断，能够控制汽车点火装置电源电路，使饮酒驾驶员无法启动汽车，同时转向灯闪烁、警示灯、喇叭进行报警，引起驾驶员和人们注意，并在四小时之内任何人无法启动汽车，让驾驶员留下深刻印象，下次不再过量饮酒。这样就可从根本上解决酒后驾车问题。而且该系统成本比较低，实现和使用更加简单、可靠，能够更为普遍的控制酒后驾车现象的发生。

关键词：酒精传感器、单片机、报警、安全控制

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目录

摘要 .................................................................................................................................................. 1 一 绪论............................................................................................................................................. 3

1.1 课题背景 ........................................................................................................................... 3 1.2 课题意义 ........................................................................................................................... 3 1.3 课题任务内容 ................................................................................................................... 3 二 总方案设计及主要元器件的选择 ............................................................................................. 4

2.1 酒精浓度检测仪总设计方案 ........................................................................................... 4 2.2 主要元器件的选择 ........................................................................................................... 4

1、传感器的选择 ............................................................................................................. 4 2、A/D转换器的选择 ...................................................................................................... 5 3、控制器模块的选择 ..................................................................................................... 5 4、酒精浓度显示器的选择 ............................................................................................. 5 5、报警器的选择 ............................................................................................................. 6 6、点火系统控制装置的选择 ......................................................................................... 6 7、模块的最终方案 ......................................................................................................... 6

三 硬件设计 ..................................................................................................................................... 7

3.1 电源电路 ........................................................................................................................... 7 3.2 信号采集电路 ................................................................................................................... 7 3.3 信号转换电路 ................................................................................................................... 8 3.4 AT89S51单片机系统 ........................................................................................................ 9 3.5 数码管显示电路 ............................................................................................................. 10 3.6 报警电路 ......................................................................................................................... 10 3.7 点火装置电源控制电路 ................................................................................................. 11 3.8 驾驶室酒精浓度检测及安全控制系统总图 ................................................................. 12 四 软件设计 ................................................................................................................................... 14

4.1 主程序 ............................................................................................................................. 14 4.2 信号转换与数据存储子程序 ......................................................................................... 15 4.3 数据处理子程序 ............................................................................................................. 16 4.4 数据显示子程序 ............................................................................................................. 17 4.5 报警和安全控制子程序 ................................................................................................. 18 五 系统调试与测试 ....................................................................................................................... 20 六 总结........................................................................................................................................... 23 参考文献......................................................................................................................................... 24 致谢 ................................................................................................................................................ 25

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一 绪论

1.1 课题背景

生命安全问题一直是人类高度关注的问题。对人类生命安全造成威胁的因素有很多，其中，酒后驾车就是一个非常重要的威胁因素。酒后驾车造成交通事故不计其数，带来巨大危害。据统计，全国发生的交通事故中，50%~60%是由酒后驾车引发的，酒后驾车发生事故的机率高达27%。随着摄入酒精量的增加，选择反应错误率显著增加，当血液中酒精含量由0.5‰增至1‰，发生车祸的可能性便增加5倍，如果增至1.5‰，可能性再增加6倍。酒后驾车造成的交通事故对国家、他人、自己产生了难以估计的后果。酒后驾车问题如何解决，每个国家都在努力寻找办法。

目前，几乎所有国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量驾驶员驾驶时血液中酒精含量是否超标。现在市场上警用酒精测试仪种类繁多，随着传感器、单片机等技术的发展，酒精检测仪的功能越来越强、灵敏度越来越高，它能有效协助交警定点抽查驾驶员是否饮酒，但是由于抽查实施面狭窄，因此无法很好的对酒后驾车进行控制。

1.2 课题意义

为了能防患于未然，将交通事故扼杀在萌芽状态。同时，给交通管理部门减轻工作压力，提供科学的管理手段，本设计提出了一种车载酒精探测及安全控制系统，该系统安装在汽车上，不用交警和其他人员就能判断司机是否酒后驾车，即确保了司机的安全，又能减少交警等人员的工作量。

1.3 课题任务内容

1、查阅资料介绍本课题的背景及意义。

2、对驾驶室酒精浓度检测及安全控制系统的主要元器件进行比较选择。 3、在主要元器件确定的基础上进行硬件和软件设计。 4、通过仿真模拟实现本系统的功能。 （1）能根据驾驶员呼出气体检测出驾驶员血液中酒精浓度并用数码管显示。 （2）当驾驶员呼出气体的酒精浓度未超标时，继电器触点闭合，汽车可正常启动。

（3）当驾驶员呼出气体的酒精浓度超标时，室内声光报警，转向灯闪烁。 （4）酒精浓度超标时，继电器触点不结合，点火装置电源电路断开，四小时之内禁止启动。

5、对本设计进行总结分析。

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二 总方案设计及主要元器件的选择

2.1 酒精浓度检测仪总设计方案

设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外，还需接入数码管显示，报警、点火装置电源控制电路等。其总体框图如图2-1所示。

驾驶员呼出的气体 气敏 传感 器 A/D 转换 电路 控 制 器 数码管显示 报警 点火装置 电源

图2-1 基本工作原理图

2.2 主要元器件的选择

1、传感器的选择

方案一：使用燃料电池型酒精传感器。该传感器的工作原理是利用电化学反应原理进行的，就像一个微型的燃料电池，而燃料就是被测气体中的酒精，这个微型的燃料电池仅仅产生极小（一般是微安或纳安级别的电流）。通过使被测气体中的酒精成分发生电化学反应被生成二氧化碳和水，过程中产生电子迁移，电子迁移的过程则形成微弱电流，通过检测电流流过的量而计算出被测气体中酒精成分的多少。

方案二：使用半导体型MQ-3酒精传感器。该半导体传感器具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低。使用简单的电路即可将电阻的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。再经过一系列的处理与计算得到酒精的浓度。

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五 系统调试与测试

电路连接好，并将调试程序导入AT89S51单片机后，接上+5V电源开始调试。先进行每一个模块程序的调试，看看单一的模块程序能不能实现出来，如果不能实现出来，就进行程序和电路图的检查，查出问题所在，从而进行修改。当每一个模块程序的调试能实现出来，在把整个程序导入，进行整体调试。

如图5-2为本系统的在proteus软件中的仿真，通过仿真模拟实现本系统的功能。但仿真无法模拟酒精传感器，因此本设计采用滑动变阻器模拟传感器，检测酒精浓度时输出的模拟信号经ADC0832转换输入单片机，信号经过单片机处理通过数码管显示酒精浓度，并使报警装置和安全控制装置根据酒精浓度作相对应的工作。

图5-1 系统仿真图

1、电源电路接通，电源电路输出+5V电压，系统开始工作，首先单片机复位电路得电使单片机复位，随后进行数值初始化，系统进入准备工作状态。待酒精浓度传感器加热5分钟后，单片机P1.0接口获得高电平，绿色发光二极管亮（如图20），以提示驾驶员可对着系统传感器吹气。如图5-2所示。

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图5-2 吹气指示灯图

2、驾驶员向酒精传感器吹气，系统计算出酒精浓度，并与标准值比较。

（1）如图5-3所示，酒精浓度为0.018ml/100ml，未超标。系统不报警，电磁继电器触电闭合，点火电源电路接通，汽车可正常启动。

图 5-3 酒精浓度未超标仿真结果图

（2）如图5-4所示，酒精浓度为 0.364ml/100ml，超过标准值，系统声光报警，转向灯烁，电磁继电器触点不闭合，发动机无法启动，汽车不能行驶。

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图 5-3酒精浓度超标仿真结果图

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六 总结

随着人们的生活水平的提高，私家车的数量也越来越多，从而引发的交通是事故也急剧增加，带来巨大危害。解决酒后驾车问题迫在眉睫。针对目前的现状，本人提出一种驾驶室酒精浓检测与安全控制系统。

在确定题目之后，首先根据实际需要确定系统所要实现的功能。其次根据功能确定系统所需要的元器件。再次将整个系统分为传感器、A/D转换、单片机最小系统、数码管显示、报警、安全控制六部分分别进行研究设计。最后把所有模块进行优化整合，便得到了一个完整的系统。基于这样的思路，完成了便携式酒精浓度检测仪的基本设计。

软件是在keil软件上进行编程，用C语言相编写的。编写的思路就是模块化的思想，将系统的各个功能进行划分，然后对各个模块进行设计。

最后用proteus进行仿真，将程序导入单片机AT89S51进行模拟仿真。需要说明的是仿真中无法模拟酒精传感器，是用滑动变阻器代替。刚开始系统未能按预想的方式工作，经过多次检查，发现程序存在问题，经过修改之后，系统工作正常，基本功能全部实现。

当然，本系统也存在一些不足的地方，例如受到传感器的限制，驾驶员须在车上等待五分钟才能向系统呼气，耽误较多的时间。尽管当前还存在一点小缺陷，但随着科学技术的发展，这些问题终将被克服，系统会更加完美。

通过对本次毕业设计，我既复习了过去所学过的知识，同时也学到了许多新的知识，对大学所学知识进行系统整合、巩固与提高，为以后奠定了坚实的理论基础。更重要的是通过此次毕业设计，提高了自己的学习能力，学会了一些处理问题的办法等等。总之，此次的课程设计使我收获颇丰，为我的大学学习、生活添上了精彩的一笔。

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参考文献

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[4] 胡汉才.单片机原理与接口技术[M]．北京：清华大学出版社，2004．

[5] 徐爱卿，孙涵芳. MCS-51单片机原理及应用[M].北京： 北京航天航空大学出版社，1993.

[6] 丁明亮.51单片机应用设计与仿真 -- 基于keil C Proteus.北京： 北京航天航空大学出版社.2009.

[7] 夏路易等.电路原理图与电路板设计教程.北京:北京希望电子出版社，2002. [8] 及力.Protel DXP 2004 SP2实用设计教程[M].北京:电子工业出版社，2009. [9] 于京.51系列单片机C程序设计与应用方案[M].中国电力出版社. [10] 方勇.汽车构造[M].北京:化学工业出版社，2008.

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致谢

在论文即将完成之际，首先要感谢指导老师XX，在我整个毕业设计完成的过程中给与耐心的指导和无私的帮助。

XX老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 同时还要感谢同班同学和各位老师的帮助，给我设计的软件和硬件上帮了很多，才能使设计得以圆满的完成，在这里请接受我诚挚的谢意!

最后我还要感谢我的母校三年来对我的栽培。

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