基于单片机的防止酒后驾车控制系统课程设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的防止酒后驾车控制系统课程设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

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： 数字量 控制转换 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 贵州大学课程设计论文 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。 本系统软件整体设计思路采用模块化设计，软件有主模块、 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，一部分送到 LED 显示，另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。 其模块框图如下图所示： 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。 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 GA30720xx 标准的燃料电池型酒精传感器，确 贵州大学课程设计论文 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。 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。 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）。 At mel 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。 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。 基于本次设计的要求，选用 ADC0809 模数转换芯片。 0809 是一款 8 通道复用的 8 位 AD 转换器，数据获取的关键部分是它的 8 位 贵州大学课程设计论文 模 /数转换器。 这个部分主要是由 3 部分组成： 256R 的阶梯网络，连续逼近的电阻，和比较器。 连续逼近电阻（ SAR）通过 8 次迭代去大约逼近输入电压，只 要输出是几位，那么就需要几次迭代。 SAR 通过 8 组开关组和比较器完成获取输入电压对应参考电压的数字信号。 AD 转换器的主要技术指标 1）分辩率 (Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与 2n 的比值。 分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。 2） 转换速率 (Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的 AD 转换所需的时间的倒数。 积分型 AD 的转换时间是毫秒级属低速 AD，逐次比 较型 AD是微秒级属中速 AD，全并行 /串并行型 AD 可达到纳秒级。 采样时间 则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。 为了保证转换的正确完成，采样速率 (Sample Rate)必须小于或等于转换速率。 因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。 常用单位是 ksps 和 Msps，表 示每秒采样千 /百万次（ kilo / Million Samples per Second）。 贵州大学课程设计论文 第三章 系统硬件设计 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、单片机最小系统、控制电路、显示电路、语音报警电路及光电报警电路组成，各部分设计如下。 酒精传感器测试电路的设计 MR513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。 MR513 由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇可燃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 感体电阻阻值发生变化时，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电位器分压的采样。 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。 传感器测试电路如下图： 贵州大学课程设计论文 信号采集放大电路设计 本次选用的酒精传感器为燃料电池型酒精传感器，该燃料电池型酒精传感器基于电 化学原理制备而成，电路仅需要电池就可以满足其工作。 传感器输出为模拟电压信号，首先通过仪表放大器 LM339 放大，最后把已放大的模拟电压信号传输至 ADC0809 的输入端进行模数转换 (A/D)。 仪 表放大器选用的是LM339,LM339 集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是： 1：失调电压小，典型值为 2mV； 2：电源电压范围宽，单电源为 236V，双电源电压为177。 1V177。 18V； 3：对比较信号源的内阻限制较宽； 4：共模范围很大，为 0~（ ） Vo； 5：差动输入电压范围较大，大到可以等于电源 电压； 6：输出端电位可灵活方便地选用。 LM339 类似于增益不可调的运算放大器。 每个比较器有两个输入端和一个输出端。 两个输入端一个称为同相输入端，用“ +”表示，另一个称为反相输入端，用“ ”表示。 用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择 LM339 输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。 当“ +”端电压高于“ ”端时，输出管截止，相当于输出端开路。 当“ ”端电压高于“ +”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。 两个输入端电压差别大于 10mV 就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此 ，把 LM339 用在弱信号检测等场合是比较理想的。 LM339 的输出端相当于一只不接集电极电阻。