酒精测试仪毕业设计论文(编辑修改稿)

酒精测试仪毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

报警和记录功能，没有控制功能。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 5 单 片 机酒 精 传 感 器声 光 报 警显 示 二控 制 开 关显 示 一A / D 转 换检 测 气 体图 21 方案一设计图 方案二：汽车智能控制。 此设计是对驾驶员驾车进行全面控制。 酒后驾车是其中一部分。 此设计将驾驶员和交管部门构成一个系统。 交管部门纪录驾驶员详细资料；之后将驾驶证转变为与 IC 卡类似的电子驾照。 卡内 存有驾驶员的姓名、身份证号码、允许驾驶的车辆类型、每年考核的情况、违章纪录等内容；最后在汽车上安装无线通讯设备。 汽车将和交通部门设置的管理系统形成一个无线网络。 驾驶员开车时，先要插入正确的电子驾照，卡内的信息通过无线网络传到交通部门的管理系统。 交通部门将检查其信息是否正确、有没有违章行为、酒后驾车的次数是否超过一定数目，如这些信息都达到安全行车的标准才能启动。 行驶时，安装在汽车上的检测空气中酒精含量系统会自动启动，开始检测。 若发现驾驶员是酒后驾车，汽车会发声，提醒驾驶员不能开车，汽车自动熄灭。 如果汽车再次启 动，智能控制系统会再次作出提示，自动熄灭。 如果驾驶员连续三次启动，系统将会将其信息传到交通管理系统，交通部门将会通知附近交警迅速赶到事发地，对酒后驾车者进行相应处理。 如送到医院等。 除外，电子驾照上还会增加酒后驾车的次数，当次数超过一定规定将会在很长一段时间不能驾车，接受管理部门教育。 方案三：采用驾驶员主动吹气方法，进行判断驾驶员是否是酒后开车。 方案设计图如 22 所示： 这个装置放在驾驶室司机右手位置，当司机发动汽车时，报警装置将会响起，提醒你使用酒精控制器。 酒精控制器一般要加热到 1 分钟左右，该设备绿灯会亮， 说明可以吹气。 向酒精探头吹气，必须发哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 6 出声音，这样才能保证测试准确。 话筒作用判断是否吹气。 当吹气确认后，发送到单片机，开始对气体信号进行检测。 酒精含量和电压信号有一定关系—— 含量越高，电压越高；温度越高，灵敏度越高。 检测信号经过了放大、检波电路，进行信号放大和对噪声的过滤。 之后，通过 A/D 电路转换为数字信号，由单片机对此信号进行处理判断，假设酒精含量没有超标，指示灯亮起，可以启动汽车，继电器不起作用，酒精控制器停止工作。 反之，超标指示灯亮起，报警装置同时响起，说明不能行驶，若司机强行启动，单片机开始控制继电器 ， 30 秒后继电器开关切断点火装置电源，汽车无法行驶，从而实现酒后控制驾车行驶的功能。 单 片 机酒 精 传 感 器声 音 报 警控 制 开 关A / D 转 换吹 气话 筒电 源灯超 标指 示灯不 超标 指示 灯汽 车 点 火 装 置 图 22 方案三设计图 优缺点比较： 方案一优缺点：智能化，自动检测到驾驶员呼气体酒精含量。 若驾驶员强行开车，自动切断 点火装置电源使车无法启动或行驶。 但由于车内除了驾驶员还有乘客，乘客呼出的气体对检测装置干扰。 这种方法可靠性不强。 方案二优缺点：采用电子驾照而系统化。 有利于对驾驶员进行管理。 此外每个人的电子驾照不同，发动汽车时，必须插入，具用防盗功能。 但是空气中的 干扰很多，检测不准确，并且建立这么大的网络系统人力物力投入很大，实现困难。 方案三优缺点；设计简单，有效可靠实现酒后驾车控制。 但司机需主动哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 7 进行检测，不够智能化。 根据以上方案的优缺点比较、设计的要求及实际情况，采用方案三为基础进行设计。 采用方案 该装置设计分两个部分：发射部分和接收部分。 发射部分 发射部分主要是检测酒精含量，判断是否含量超标，向接收部分发出信号。 图 23 是其结构框图。 将其分几个模块介绍。 (1) 酒精含量检测：吹气时，根据气体中酒精含量不同，酒精探头输出的电压也发生明显变化。 电压随酒精 含量的升高而增大。 当电压增到一定的值时，说明酒精含量超标，反之不超标。 将输出电压送到单片机进行判断，检测驾驶员呼出气体中酒精含量是否超标。 (2) 吹气判断：话筒判断驾驶员是否吹气。 若无话筒，驾驶员不吹气，酒精探头无法判断驾驶员是否吹气而检测不到呼出气体中的酒精含量，而做出错误判断。 使用话筒吹气时，话筒必产生一个脉冲信号，单片机判断驾驶员吹气，再检测酒精探头送来的信号。 (3) 指示灯：指示灯有红绿黄三个。 红灯是电源指示灯，工作时亮；绿灯是吹气提示灯，酒精探头需要一定时间加热，才能达到理想的灵敏度。 加热时间到，绿灯亮，表示可以吹气；黄灯表示吹气有效，当黄灯不亮，表示吹气不充分，直到黄灯亮，单片机才开始检测酒精探头送来的信号。 (4) 单片机：单片机用来判断驾驶员是否吹气，检测气体中的酒精含量是否超标，并生成相应的码传给发射设备。 (5) 发射设备：发射设备将单片机生成的信息码调制后无线发送给接收部分。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 8 单 片 机话 筒绿 灯红 灯 黄 灯发 射设 备酒 精 探 头 图 23 酒后驾车控制器发射装置 接收部分 接收部分主要是对收到的码信号进行判断，做出相应操作。 收到错误码，不做任何操作；收到超标码，报警音提 示，点火装置断开，汽车大灯亮，喇叭响；收到不超标码，发出可行驶提示音，点火装置打开。 图 24 是其结构框图，将其分几个模块介绍。 (1) 接收设备： 接收发射部分的信号，调制后把码送到单片机。 (2) 工作指示灯： 开电源后，工作指示灯亮表示接收部分开始工作。 (3) 单片机： 收到接收设备送来的码，根据不同码进行不同操作。 其控制工作指示灯、继电器、语音装置。 (4) 继电器： 受单片机控制，相当于开关，控制点火装置开闭、车灯的亮灭和喇叭的响与不响。 (5) 报警语音装置： 当酒精含量超标，它发出警告音；当不 超标，它发出提示音。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 9 单 片 机接 收 设 备继 电 器一车 钥 匙开 关点 火装 置报 警 语 音 装 置继 电 器三继 电 器二喇 叭工 作 指示 灯车 灯 图 24 酒后驾车控制器接收装置 整体设计过程 图 25 为总体设计图，发射与接收是分离的。 发射器很小，驾驶员可随身携带，所需电源 5V。 接收装置固定装在汽车上，与汽车上引出 12V 电压、点火装置、大灯、喇叭相连。 驾驶员在发动汽车时，首先开发射器，红灯亮说明发射器开始工作；之后绿灯亮说明酒精探头温度适宜，可以吹气；吹气后（真正吹气），黄灯亮，单片机判断酒精含量是否超标，生成的码信号由串口发给 发射设备，其以无线电方式发给接收部分。 接收设备收到后解调为码信号通过串口传给单片机，其根据不同码做出相应操作。 若超标，报警音提示、点火装置断开、汽车大灯亮、喇叭响；反之发出行驶提示音、点火装置开。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 10 发 射 部 分 接 收 部 分5 v 电源传 输 信 息汽 车 大 灯汽 车 点 火 装置汽 车 喇 叭汽 车 提 供 1 2 V电 压外 部 指 示 灯 图 25 总体设计图 可行性分析 采用这种设计方法主要是从以下角度考虑： (1) 从零器件角度看：酒精探头选用 QMJ3 气敏元件，是以复合金属氧化物为主体材料的 N 型半导体气敏元件，当元件接触乙醇蒸汽时，其电导率随气体浓度增加而迅速升高。 其对汽油蒸汽又抗干扰能力，灵 敏度高，响应速度好，寿命长，工作稳定可靠等特点。 发射设备选用 F04E 发射模块，接收设备选用配套 J04H 接收模块。 它是一种性价比较好的设备，灵敏度高，发射距离 50 米以内，低功耗。 单片机选用 89C2051 芯片。 低功耗，体积小，有两个特殊引脚，可作电压比较器直接使用。 (2) 从设计结构上看： 使用元件少，实现简单。 (3) 从设计要求上看： 它满足设计要求，有效可靠检测驾驶员是否酒后驾车。 (4) 从功能角度上看： 它除了起到控制酒后驾车功能外，在传输码时，增加码的个数。 安装在不同汽车上的设备，发送不同码，这就要求发射设备与接收设备必 须一一对应，这辆车的发射器用在其他车上就无效，这样控制器起到防盗锁功能。 上述各个元件成本低、使用方便、安装简单、易推广。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 11 本章小结 本章介绍了三种设计方案，比较了之间的优缺点。 根据实际情况、设计要求，阐述自己最终设计方案。 其中详细介绍了本方案的结构框图，各模块的功能及大致工作过程，最后论证了此方案的可行性。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 12 第 3章 硬件设计 通过电路设计说明控制器硬件方面的情况。 发射部分 89C2051 单片机 89C2051 单片机属于 MCS51 系列，功能介绍： 2K 可擦写闪存，工作电压 ~6V，工作频率 0~24MHZ， 128BIT 内部 RAM， 15 个 I/O 口， 2 个时间计数器， 6 个中断源，可编程串口通信，直接 LED 驱动输出。 它是低压、低功耗、高性能、体积小，只有 20 个引脚单片机，除了具有 51 系列单片机通用功能外，还带有模拟比较器。 单片机基本电路如图 31 所示， P3 口除了作 I/O 口使用，带有特殊功能。 为 RXD—— 串口输入口，将信息由此口传给单片机； 为 TXD—— 串口输出口，将单片机要传信息由此口传出； 为 0INT —— 外部中断 0，产生中断操作； 为 1INT —— 外部中断 1； 为 T0—— 时间 0中断，用于计时或计数； 为 T1—— 时间 1 中断。 P1 口除作 I/O 口使用， 和 具有特殊功能。 在芯片内部有一个电压比较器，对两口输入的信息进行比较，比较结果放在特殊寄存器中。 XTAL1 为晶振放大输入和内部时钟运行电路输入。 XTAL2 为晶振放大输出。 它和外部晶振，电容构成了外部时钟的电路。 Reset 为复位输入，它和外部电解电容，电阻构成了复位电路。 当此口置高两个机器周期，单片机将置为初值。 单片机的主要功能将在 下一章讲述。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 13 图 31 单片机基本电路 酒精含量检测模块 酒精探头选用 QMJ3 气敏元件，是以复合金属氧化物为主体材料的 N型半导体气敏元件，当元件接触乙醇蒸汽时，其电导率随气体浓度增加而迅速升高。 其对汽油蒸汽有抗干扰能力、灵敏度高、响应速度好、寿命长、工作稳定可靠等特点。 技术指标： 加热电压（ HV ） AC 或 DC 5177。 回路电压 ( CV ) 最大 DC 24V 负载电阻 ( LR )  4KΩ (或可调 ) 清洁空气中电阻（ aR ）  2020 KΩ 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 14 灵敏度（ /a dgS R R ）  5（在 100ppm 25CHOH 蒸汽中） 分辨率（ /ig dgD R R ）  3（在 100ppm 汽油蒸汽中） 响应时间（ tres）  10S 恢复时间 (tres)  30S 元件功耗  监测范围 50—5000ppm 使用寿命 2 年 使用方法和注意事项： (1) 元件开始通电工作时，没有接触检测气体，其电导率也急剧增加，约 1 分钟后达到稳定，这时方可正常使用，这段变化在设计中电路时可采用延时处理解决。 基本酒精测试电路如图 32 所示： CV 为电源电压， HV 为给酒精探头加热电压。 (2) 加热电压的改变会直接影响元件的性 能，所以在规定的电压范围内使用为佳。 (3) 元件在接触标定气体 100ppm 25CHOH 10 秒钟以内负载电阻两端的电压可达到（ dg aVV ）差值的 80% （ 即 响 应 时 间 ）； 脱 离 标 定 气体 ]100ppm 25CHOH 30 秒钟以内负载电阻两端的电压下降到（ dg aVV ）差值的 80%（即恢复时间）。 (4) 负载电阻可根据需要适当改动，不影响元件灵敏度。 (5) 使用条件：温度－ 15～ 35℃；相对湿度 45～ 75%RH。 大气压力 80～106KPa。 (6) 环境适度的变化会给元件电阻带来小的影响，当元件在精密仪器上使用时，应进行温度补偿，最简便的方法是采用热敏电阻补偿之。 (7) 避免腐蚀性气体及油污染，长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢网。 (8) 元件六脚位置可与电子管七脚管座匹配使用。 符号说明： 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 15 检测器体中电阻－ dgR 检测气体中电压－ dgV 干扰气体中 电阻－ igR 干扰气体中电压－ igV dgR 与 dgV 的关系： ( / 1)dg L C dgR R V V igR。