毕业设计论文基于单片机的酒后驾驶智能闭锁系统设计

毕业设计论文基于单片机的酒后驾驶智能闭锁系统设计内容摘要：

结果通过无线传感技术传给汽车的电子控制 系统单元，当酒精含量超过系统中的设定值的上线，该系统将阻止启动 动机。 而日产的防酒后驾驶控制系统通过变档器上的探测声纳探测司机手上的汗液中含有酒精，便会自动上锁，并通过车内的声音报警 发出“酒后驾车”的声音提示，该系统还可以通过对司机的脸部活动和行车状况探测出司机是否酒后驾车，并会发出报警声，并自动收紧安全带，同时导航系统中显示“不要酒后驾车”信息。 沈阳工业大学本科生毕业设计 (论文 ) 国内研究现状 我国对于这方面的研究比较少，香港一家公司发明了一种名为 i— KEY 的车钥匙，能够有效而方便地防止醉酒驾驶。 这种钥匙将感应器、远程信息处理等技术整合在车钥匙上，从外观看，它比正常的车钥匙多了一条锁棒。 使用时，司机要先按 i— KEY 上的开始按钮，绿色准备灯亮了之后，对着气孔吹气约两秒钟。 当呼出气体的酒精含量低于规定值时，它会立即开锁，把锁棒收起来，车钥匙便能顺利插入钥匙孔，启动引擎。 否则，钥匙将亮起红灯，锁棒便不能收起来，汽车将无法启动。 目前，国家交通技术领域正在开发研究驾驶行为监控预警技术和装备，研究内容：驾驶状态及车辆运行状态与环境实时检测技术，异常驾驶状态实时识别技术，驾驶意图、行为预测及违规操作判别技术，危险驾驶行为的预警方法与技术，驾驶行为监控预警系统集成技术。 研究目的：通过研发异常驾驶状态、违规操作、不良驾驶习惯等检测预 警系统与装置，形成驾驶人行为的实时监控技术，为有效减少道路交通事故提供技术支撑，从而开发适用于驾驶行为监控系统原型样机，并将通过实车实验验证。 虽然目前隧道窑生产过程的自动化己经取得了长足的进步，但是限于现有的技术和工艺水平，并没有真正实现隧道窑生产的全过程自动化。 随着自动控制技术的不断进步，隧道窑生产工艺的不断改进，隧道窑自动控制系统将更加完善，体现隧道窑特性的温度制度和压力制度将实现智能优化控制，控制系统将具有更高的精度、更快的速度以及更强的抗干扰性能。 例如，窑炉监控系统能够根据己经设定的烧成制度，对窑内 发生的各种变化自动进行调控。 当系统当前状态发生变化时，控制系统将驱动执行机构对相应参数做出调整。 隧道窑的辅助过程也将进一步实现自动化、一体化。 例如，隧道窑的进车、出车、窑门升降按预先设定的程序自动完成，在无人干预的情况下，窑车能在回车线上顺利完成码坯，砖坯转运，卸砖，返回等作业。 利用电子计算机技术实现全过程自动化控制的隧道窑可以准确、及时、灵敏地凋整各项热工参数，减少对操作经验的依赖，降低操作人员的劳动强度。 提高窑炉运行稳定性，进一步改善产品的质量，增加产品的产量。 并且进一步降低能耗，减少能源浪费。 沈阳工业大学本科生毕业设计 (论文 ) 研究内容 本课题主要研究一种能自动防止司机酒后驾驶的智能闭锁系统，本研究主要采用中档芯片作为该智能闭锁系统的核心，通过呼气式酒精传感器测试司 机呼出气体的酒精含量，并且能够通过液晶显示器显示该酒精含量值，当司机体内血液酒精含量超过安全驾驶标准时，能够报警，并通过继电器切断汽车引擎的电源，使汽车无法启动。 本研究主要包括以下几个方面的内容： （ 1）设计智能闭锁系统的功能、结构组成以及控制系统中的功能模块； （ 2）认真学习 AT89C52 芯片的特性和功能，设计自动控制系统的硬件电路。 以 AT89C52 为核 心，功能模块划分为酒精传感器酒精浓度信号采集放大电路、 AT89C52 微控制器接口电路、报警电路、酒精浓度显示电路、继电器接口电路等 ； （ 3）软件编程。 按照软件实现的功能，分为酒精传感器模拟输出电压线性化处理、气体浓度显示、报警、继电器驱动子程序等； （ 4）硬软件结合调试。 沈阳工业大学本科生毕业设计 (论文 ) 第 2 章 总体方案设计 设计思路 本研究设计的酒后驾驶智能闭锁系统，采用燃料电池型酒精传感器，通过该酒精传感器检测驾驶员呼出气体的酒精含量，判断是否超过安全驾驶标准，而且要求通过硬件系统处理，能够显示该酒精浓度，使驾驶员能够清楚的看到已经饮酒过度，所以需要选择一种显示仪器来显示驾驶员呼出气体酒精浓度值，基于这种要求，本次设计选用 LED 显 示模块。 为了能够警示驾驶员不要酒后驾驶，本系统中需要设计一种 报警系统，能够在驾驶员欲酒后驾驶时，发出 警告提示。 该智能闭锁系统的最主要功能是为了当检测到司机呼出气体内酒精浓度超标时，能够自动切断汽车引擎电源，所以需要一种执行机构能够自动的切断汽车引擎电源，本次设计选用继电器来达到这个目的，通过继电器的动作来控制汽车引擎电源是否开启。 通过选用本方案中的元件，该智能闭锁系统能够通过快速检测驾驶员呼出气体的酒精浓度是否超标，通过单片机的放大、采集处理检测驾驶员呼出气体酒精 含量是否超标，当检测到驾驶员饮酒过度时，能够显示酒精浓度值和 报警提示不要酒后驾车，并快速切断汽车引擎电源，停止启动发动机。 系统方案设计 基于以 上的 构思，设计了基于单片机的酒后驾驶智能闭锁系统的系统框图，如下图所示： 沈阳工业大学本科生毕业设计 (论文 ) 数字量 控制转换 系统硬件原理框图 下面对该系统做下简单的介绍： 本系统 主要由电源模块、酒精传感器、 AT89 系列 单片机、 模数转换模块、LED 显示模块、 报警模块、 继电器驱动模块等组成，其主要任务是采集酒精传感器的输出电压信号， 放 大后经过 ADC0809 模数转换 和 AT89C52 单片机 处理，当检测到酒精浓度超过标定值时，能够通过 LED 显示 传感器的输出电压值，并通过 报警 模块 和驱动继电器动作，切断汽车引擎电源。 酒精传感器的选型 随着科学的发展，酒精传感器的种类越来越多，目前来说对气体中酒精含量进行检测的设备主要有以下几种类型：燃料电池型（电化学型）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型 [6061]。 下面主要介绍半导体型和燃料电池型酒精传感器。 半导体型采用氧化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，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，半导体型呼气式酒精测试仪就是利用这个原理做成的。 这种半导体在不同工作温度时，对不同气体敏感程度是不同的，因此对于半导体型呼气酒精测试仪中一般都采用加热元件，把传 感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对酒精具有最高的灵敏度 [61]。 但是由于半导体型酒精传感器感度低、不能精确计量、稳定性和重复性差、以及功耗大 [6263]，所以国外很少用其现场 ,实时检测司机是否酒后驾车。 燃料电池型酒精传感器采用贵金属白金作为电极，A T 8 9 C 5 2 单 片 机 LED 显示 警告提示 驱动继电器 酒精传感器 电源供电 汽车引擎电源 放大器 A D C 0 8 0 9 沈阳工业大学本科生毕业设计 (论文 ) 在燃料室内充满了特种催化剂，它能使进入燃料室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃料室内的气体的酒精浓度成正比。 燃料电池型酒精传感器属于电化学类型，燃料电池是当前世界上广泛研究的环保型能源，它可以直接 把可燃气体转变成电能，而不产生污染 [60， 64， 65]，作为酒精传感器只是燃料电池的一个分支。 燃料电池型酒精传感器的特点：测量精度高，可测范围宽。 由于它只对酒精气体反应，所以任何其他非酒精气体测量时给结果带来的干扰都很小。 另外，由于它对酒精气体极其敏感，只要把环境温度控制在规定的范围内，即使酒精浓度很低也能在其两极产生微弱的电压输出。 由于燃料电池型酒精传感器具有稳定性好、精度高、抗干扰性好的明显优点 [6668]，可用来检测机动车驾驶人员是否饮酒和其它严禁酒后作业人员的现场检测，也可用在其它场所乙醇蒸汽的检测。 但此酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度大，目前只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产。 目前普遍使用的酒精传感器为半导体型和燃料电池型，这两种酒精传感器易于制造成便捷型呼气式酒精测试器，适用于现场使用。 国内普遍使用半导体型酒精测试仪，因为它的主要优点是价格低廉，只是燃料电池型的几分之一，但是它的性能远比燃料电池的要差，所以它通常用在要求不高的场合，如自我检测或一般性定性检测 [60]。 但是对于应用在汽 车领域，主要用来精确测量人体呼出气体酒精含量的检测，应该需要完全符合 GA3072020 标准的燃料电池型酒精传感器，确保对人体呼出酒精气体进行实时、精确定量检测。 基于本次设计要求和使用环境、成本等方面的考虑，本次课题选用燃料电池型酒精传感器。 燃料电池型酒精传感器的消耗电流小，并且通电初期的稳定时间短，其电路部分仅需要电池就可以满足供电需要，比半导体传感器的精度高、灵敏度高、性能稳定、抗干扰性强，适宜用在检验人体呼出气体的酒精含量中。 单片机的选型 随着信息技术的高速发展，如今越来越多的电子产品 向智能化、微型化、低功耗方向发展，越来越多的产品需要实时控制和信号处理，要求电子设计技术需要有新的变革和飞跃，而以往的纯数字电路设计系统工作量大、灵活性差、系统可靠性差。 单片机的设计系统克服了纯数字电路系统设计中存在的缺陷，使电子电路设计有了新的飞跃 [69]。 单片机将微处理器（ CPU）、存储器（ ROM 和 沈阳工业大学本科生毕业设计 (论文 ) RAM 等）、输出 /输入口（ I/O）、定时 /计数器、中断系统等集成在一块集成电路芯片上，称之为单片微型计算机，简称单片机（ MCU）。 单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。 以前采用硬件 电路实现的大部分控制功能，单片机可以通过软件方法来实现。 单片机从工业测控对象、环境、接口特点等出发，向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统界面接口的方向发展。 其主要特点有品种多样，型号繁多，性能提高，容量扩大，低功耗，软件应用配套，具有系统扩展和配置等。 主要应用领域包括 :智能化家用电器、办公自动化设备、商业营销设备、工业自动化控制、智能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、航空航天系统和高防军事、尖端武器等领域 [70]。 目前最常用的是 AVR、 MCS5 PIC 系列单片 机。 51 系列单片机的优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作的系统，称作位处理器，能够进行的位传送、置位、清零、测试、逻辑运算等，功能完备。 51 系列的另外一个优点是乘法和除法指令，给编程带来方便 [7 Intel 公司 51 系列的典型产品是 8051，片内有 4K 字节的一次性程序存储器（ OTP）。 Atmel 公司就将其改为电可改写的闪速存储器（ Flash），容许改写1000 次以上，这给编程和调试带来极大的便利，其产品 AT89C5 AT89C52„„等成为了当今最流行的八位单片机。 PIC 系列单片机采用 Harvard 双总线结构，运行速度快，指令流水线结构，程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理。 但编程时分页比较麻烦，扩展能力比较弱。 AVR 是集合了 PIC 和 51 的优势的，指令周期比 PIC 还要快，性价比比 PIC要高， FLASH 在线编程比 PIC 方便，学 AVR 会感到它的结构跟 PIC 差不多，很多相似的，就是用 C 语言开发置位麻烦一点，位操作不如 PIC 和 51 方便，工业级也用的不广，多用于仪器、通信上。 基于本设计要求的性价比以及所实现功能，选用 Atmel 公司的 AT89C52 单片机。 模数转换芯片的选型 AD 转换就是模数转换，顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号。 沈阳工业大学本科生毕业设计 (论文 ) 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型 /串并行型。 1）积分型（如 TLC7135） 积分型 AD 工作原理是将输入电压转换成时间 (脉冲宽度信号 )或频率 (脉冲频率 )，然后由定时器 /计数器获得数字值。 其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。 初期的单片AD 转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如 ADC0808/ADC0809） 逐次比较型 AD 由一个比较器和 DA 转换器通过逐次比较逻辑构成，从 MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置 DA 转换器输出进行比较，经 n 次比较而输出 数字值。 其电路规模属于中等。 其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（ 12 位）时价格便宜，但高精度（ 12 位）时价格很高。 3）并行比较型 /串并行比较型（如 TLC5510） 并行比较型 AD 采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称 FLash(快速 )型。 由于转换速率极高， n 位的转换需要 2n1 个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频 AD 转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型 AD 结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由 2个 n/2 位的并行型 AD 转换器配。