基于单片机防酒后驾驶控制系统设计—毕业设计

基于单片机防酒后驾驶控制系统设计—毕业设计内容摘要：

系统方案设计 7 感器的选型 9 的选型 10 换芯片的选型 11 本章小结 12 第三章 系统硬件设计 13 酒精传感器测试电路的设计 13 信号采集放大电路设计 15 A/D 转换电路的设计 16 模数转换芯片 ADC0809 的性能特点 16 单片机最小系统 19 路设计 19 路设计 20 AT89 系列微控制器的硬件结构特点 20 数码管显示电路设计 25 报警电路设计 26 继电器驱动电路设计 27 第四章 系统软件设计 28 软件整体设计思路 28 主程序模块的设计 28 控制子程序 29 数据采集及处理模块 30 继电器驱动子程序设计及流程图 31 第五章 系统软硬件调试 33 51 系列单片机软件开发及调试工具 33 硬件调试及硬件系统仿真工具 33 A/D 转换模块的调试 34 报警模块、继电器控制子程序的调试 34 仿真电路图及仿真结果 35 硬件电路连接及程序下载、系统软硬件合成调试 37 第六章 结论及展望 38 结论 38 展望 38 致 谢 40 参考文献 41 附录 A 外文翻译（英） 43 附录 B 外文翻译（ 中） 49 附件 C 硬件电路原理图 55 附录 D PCB 印制电路图、实物图 56 附件 E 汇编程序清单 57 绪论 课题研究的目的及意义 课题研究的目的 近年来随着经济迅速发展，人们的生活水平日益提高，私家车也越来越多，各种应酬随之而来，“酒”这东西贴近了我们的生活。 而酒后驾车也频频发生，给人们的生活和生命安全带来了巨大的伤害。 据德国一家调研机构预测，全球汽车（包括个人用车和商用车）保有量最迟到 2020 年将突破 10 亿量 [1]。 随着汽车保有量的增加，交通事故也在不断的增加，全世界每年约有 120 万人死于道路交通事故，受伤者多达 5000 万人，同时全球道路交通事故每年造成的直接经济损失为 5180 亿美元，可见道路交通安全问题已成为全球性的主题 [23]。 随着汽车使用量的增加和道路交通事业的发展，也给社会带来了负面影响，其中道路交通事故就是其中之一 [4]。 目前我国汽车保有量约占世界的 2%，但交通事故死亡人数却占 15%左右 ，同发达国家相比（参见表 1），我国的道路交通安全形式严峻 [56]。 截至到 2020 年，虽然我国加强了预防交通事故的措施，但是交通事故数量还是相当惊人（如表 2 所示） [7]。 国家比例对比 汽车保有量 事故死亡率 中国 /世界 % 17% 中国 /美国 1:16 36:1 中国 /日本 1:9 22:1 表 1 交通安全数据比较 表 2 20202020 期间全国交通事故起数和死亡人数 年份 交通事故起数（起） 死亡人数（人） 2020 517899 107077 2020 450254 98738 2020 378781 89455 2020 327209 81649 2020 265565 73990 据世界卫生组织的事故调查显示，大约 50%60%的交通事故与酒后驾驶有关。 酒后驾驶已经被世界卫生组织列为车祸致死的首要原因。 在我国，母国勇分析了我国 2020 年交通事故原因，明显指出驾驶员是造成交通事故的主要原因（如表 3） [8]。 牟建霖指出我国机动车驾驶员酒后驾车约占 20%，每年因酒后驾车发生交通事故死亡人数超过 5000 人 [9]。 赵卫兴，高岩等人分析了 1994～ 2020 年酒后驾驶死亡人数占交通事故总死亡人数的比例，指出该比例从 1994 年的 2%上升到 2020 年的 %，平均每年以 %的速度增长，可见酒后驾车的危害触目惊心，已经成为引 发交通事故的罪魁祸首 [10]。 表 3 2020 年道路交通事故原因分析 项目 机动车原因 机动车驾驶员 非机动车驾驶员 行人、乘车人 道路 其它 事故（ %） 死亡（ %） 为了能够有效的防止酒后驾驶造成的此类危害，研究一种酒后驾驶智能闭锁系统是非常必要的，从而能够强制性防止酒后驾车，降低交通事故的发生率。 对于酒后驾车这种现象，张玮指出虽然各个国家都对酒后驾车执行了严格的规定 [1113]，但是还有很多人不能严格遵守这个规定，酒后驾车事件还是很频繁，因此研究这种能够自动防止酒后驾车的装置更为必要。 本研究设计的智能闭锁系统，能够通过高敏度的呼气式酒精传感器，通过检测司机呼出气体的酒精含量当检测到司机呼出气体内酒精含量超标时，能够阻止驾驶员开启汽车引擎，使汽车无法启动，同时语音报警，提醒驾驶员“注意安全，不要酒后驾车”，从而有效减少交通事故的发生，提高我国道路安全水平，更好地保障我们的交通秩序，保护人们的出行安全，构建和谐的交通环境。 课题研究的意义 据来自某国际组织的一项统计 数据显示：每 33 分钟就会有一人死于与饮酒有关的交通事故。 尽管有大多数人认为酒后驾车酿成的交通事故永远不可能发生在自己的身上，但专家的统计结果证明：在每个人的一生中卷入与喝酒有关的交通事故的可能性为 30%。 显而易见，饮酒与开车是多么可怕的致命结合，正是由于酒后开车这个“罪魁祸首”使得一幕幕本不该发生的惨剧接连上演，造成一个个幸福美满的家庭支离破碎。 虽然我国现行法律规定对酒后驾车造成重大伤亡事故的肇事者，追究其刑事责任，但是对没有造成重大伤亡事故的酒后驾车者的惩罚比较低，最多也只是拘留 15 天处罚 [9,14]。 由于这种轻微的处罚根本不足以引起驾驶员的重视，因此酒后驾车者还是比较多。 酒精在人体血液内达到一定浓度时，人对外界的反应能力及控制能力就会下降，尤其是处理紧急情况的能力下降。 驾驶员血液中酒精含量越高，发生撞车意外的机会越高。 根据来自 4538 位新浪网友的调查显示，有 %的被调查者同意酒后驾驶属于违法行为，但在被问及是否有过酒后驾驶行为时，仅有 %的被调查者从未有过酒后驾车的行为。 在被问及酒后驾驶人员存在何种心理时，有 %的被调查者认为酒后驾驶人员过高的相信自己的驾驶技术， %的 被调查者认为酒后驾驶人员的安全意识不强。 另外，有 %的被调查者认为酒后驾驶人员存在侥幸心理。 针对这种现象，很有必要研究一种专门协助司机安全驾驶的辅助工具，即防酒后驾驶的智能闭锁装置，能够适时提醒司机安全驾驶，更避免了因盲目自信而导致的交通事故，创造人类的美好生活和社会的和谐。 预防酒驾国内外研究现状 国外研究现状 （ 1）现场检测酒金含量的方法 针对司机酒后驾车事故频繁的现象，国外最早开始研发针对酒后驾驶的酒精测试仪。 1957 年 1 月 23 日，世界上第一台醉酒呼吸分析仪在瑞典首次投入使 用，它可以当场直接测试。 它能检测出司机呼出气体中的酒精含量，并将这一结果显示于仪器的显示屏上。 交警据此判断该司机是否酒后驾驶。 目前，英国、澳大利亚、比利时、法国、荷兰、新西兰、西班牙、瑞典等欧洲国家，普遍采用的办法是在交通事故现场，交警随身携带呼气式酒精测试仪，对司机呼出气体中的酒精含量进行快速检测，根据检测结果进行事故处理并给予驾驶员一定的惩罚。 为了能够协助驾驶员主动测试是否酒后驾驶，国外许多国家先后研究了用于汽车上的不同酒后测试办法。 （ 2）车载检测驾驶员是否饮酒技术 英国布里斯托尔大学生理学家霍尔 瓦特设计了一种高智能座驾，其上装有一套名为“个人警察”的监察系统，由红外线摄像机、感应器和带有电脑分析功能的“小黑箱”组成。 通过“小黑箱”摄像机录制的司机眼球活动情况以及感应器侦察到的方向盘扭转动作集中起来进行分析，从分析方向盘转动情况仪器中获得的信息与从扫描司机瞳孔移动装置获得的信息发生联系并进行比较，通过这一对照完全可以确定司机是否头脑清醒。 根据司机审视行车方向长短，判定司机的醉酒程度。 意大利主要方法是在车上配备酒精检测 MEMS 传感器，将 MEMS 传感器置于方向盘的中间位置，酒精检测 MEMS 传感器将元件植入在直径 8mm 的密封外壳内、连同信号处理电路等一起嵌入方向盘内，通过该传感器检测驾驶员呼出气体的酒精含量。 瑞典绅宝用附带酒精检测功能的钥匙组件“ Alcokey”，在汽车遥控器内部嵌入小型酒精测试器，当司机按下遥控车钥匙的时候，该探测器就会同时开始工作。 检测司机饮酒度的方法是：司机必须向测酒钥匙的底部呼气检测呼气酒精含量。 最近瑞典豪华品牌沃尔沃汽车公司推出车载酒精检测系统，它通过一个无线手持设备检测驾驶者呼出空气中的酒精含量，从而判断驾驶者血液中的酒精浓度。 而日产的反酒后驾驶控制系 统命名为 Carwings 的车载蓝牙综合安全系统，该套系统主要是把酒精测试声纳安置在变档器上，可以通过对眨眼情况探测分析出司机清醒状态的面部识别系统，以及对驾驶情形进行探测分析，系统可以做出感应。 日本汽车业巨头丰田将研制一种装在机动车辆上的防酒后驾驶系统。 （ 3 车载防止酒后驾驶技术 英国通过车载“个人警察”的监控系统，根据司机审视行车方向的长短，从而来判断司机的醉酒程度，来判断是否发出报警信号或使汽车无法启动。 意大利通过置于方向盘内的 MEMS 酒精传感器检测驾驶员呼出气体酒精浓度，当检测其超过安全驾驶 标准时，使汽车无法启动。 瑞典绅宝主要方法是利用带有酒精检测功能的钥匙组件“ Alcokey”，当司机按下遥控车钥匙时，该探测器就开始工作，司机必须向测酒钥匙底部呼气，当检测到呼气酒精含量超标时，无法向车辆控制组件发出解除警报信号，从而使汽车无法启动。 沃尔沃的车载酒精检测系统，是把该检测系统的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。 究现状 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，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，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，我国也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要进行吹气检测，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。 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。 我国对于这方面的研究还是相对比较少，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。 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。