汽车防酒驾安全系统

酒后驾驶研究论文摘要近几年，因酒后驾驶造成的多起交通事故极大地危害着群众的生命财产安全，为了减少甚至杜绝这种现象，目前通常是采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行检测，以确定驾驶人员是否饮酒。市场上警用酒精测试仪种类繁多、功能强大、灵敏度高，但是由于它没有安装在汽车内部，只能由交警人员来实施，这既浪费警力，又不方便，也不能从根源上解决此类问题，因此酒后驾车事件仍时有发生。本系统提出了一种基于STC单片机的酒精检测控制报警器，该仪器将安装在汽车内，当驾驶人员预开启汽车时，必须通过系统的酒精测试装置，系统将根据检测到的酒精含量是否超标控制汽车点火器打开或者关闭，如果超标，则驾驶人员无法启动汽车，因此从根本上杜绝了酒后驾车的出现。该系统具有性价比高，智能化程度高，工作稳定可靠的优点。关键字：酒精传感器、单片机目录1系统工作原理：.........................................................................................................12系统电路设计.............................................................................................................22.1系统硬件设计...................................................................................................22.1.1电源电路(图2.1.1).................................................................................22.1.2单片机电路.............................................................................................22.1.3信号采集电路.........................................................................................42.1.4酒精信号检测电路.................................................................................42.1.5气体压力检测电路.................................................................................52.1.6信号放大电路.........................................................................................52.1.7指示灯和液晶显示电路.........................................................................62.1.10信号通道切换电路(图2.1.12).............................................................92.2系统软件设计...................................................................................................9结语..............................................................................................................................10附录2：传感器参数...................................................................................................131.酒精传感器MQ-3（图2.1.5）......................................................................132.压力传感器TTP501(图2.1.6).........................................................................14附录3：参考文献附录...............................................................................................16附录4：电路原理图...................................................................................................17附录5：程序源代码.....................................................................错误!未定义书签。11系统工作原理：系统采用驾驶员主动呼气方法,以判断驾驶员是否是酒后开车,总体方案设计如附录1所示。该系统可放置在汽车仪表盘位置,当司机发动汽车时,报警系统采用酒精传感器探测的气体信号进行检测。由于酒精含量与酒精传感器检测后产生的电压信号成特定的比例关系，因而可根据电压信号进行酒精含量的判断。检测到的信号经过放大之后，通过8位ADC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，LCD显示屏幕显示当前酒精浓度，控制继电器打开点火装置，汽车就可以启动；反之，蜂鸣器报警，同时检测指示灯亮，控制继电器切断点火装置电源，驾驶人员将无法启动汽车，以此从根本上实现控制酒后驾车。汽车启动后，该系统进入低功耗状态。为了确保检测的酒精信号来自于司机本人，避免其它乘客饮酒带来的干扰，在系统中同时加入压力传感器，使得在一定的吹气压力下系统才开始检测。22系统电路设计2.1系统硬件设计2.1.1电源电路(图2.1.1)图2.1.12.1.2单片机电路如图(图2.1.2)所示：单片机电路主要由复位电路、时钟电路、电源等部件组成。图2.1.23STC89C58RC/RD+单片机（图2.1.3）是宏晶科技推出的新一代高速低功耗超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，以12个时钟为一个机器周期和以6个时钟为一个机器周期可以任意选择，HD版本和90C版本内部集成MAX810专用复位电路。图2.1.31.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统80512.工作电压：5.5V-3.3V(5V单片机)/3.8V-2.0V(3V单片机)3.工作频率范围：0~40MHZ,相当于普通8051的0~80MHZ,实际工作频率可达48MHZ.4.用户应用程序空间：4k/8k/13k/16k/32k/64字节5.片上集成1280字节或512字节RAM6.通用I/O口（35/39个），复位后位：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上位（普通80581传统I/O口）；P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.有EEPROM功能9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路（HD版本和90C版本才有），外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。411.共3个16位定时器/计数器，其中定时器还可以当成两个8位定时器使用。12.外部有中断4路。13.通用异步串行口（UART），还可以用定时器软件实现多个UART2.1.3信号采集电路模拟信号主要有酒精浓度信号和气流的压力信号，采集的模拟信号通过AD转换为数字信号，然后由单片机完成处理工作。AD工作在中断方式，这样可以提高MCU的实时响应能力。2.1.4酒精信号检测电路酒精检测电路（如图2.1.4）由高精度酒精传感器、气体压力传感器，信号运算放大电路、和AD转换器等组成。主要功能是检测酒精含量，判断其是否超标。同时，压力传感器感受司机呼出气体的压力，来判断司机是否吹气，并防止非驾驶人员喝酒对检测的影响。图2.1.4酒精传感器（图2.1.5）采用旁热型半导体式酒精气敏元件MQ3，它对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性，快速的响应恢复，长期的寿命和可靠的稳定性，探测范围为10～1000ppm，尤其适用于酒后驾驶人员的检测。5图2.1.5图2.1.62.1.5气体压力检测电路图2.1.7气体压力检测电路（图2.1.7）主要采用气体压力传感器TTP501（图2.1.6），由恒定电流或电压驱动，且输出信号宽，容易采集处理，探测压力范围宽为10psi～100psi,可用于检测干燥空气或无腐蚀性气体。2.1.6信号放大电路信号放大电路采用通用运放UA741（图2.1.8），它具有高的开环增益，内部自带短路保护，供电电压范围很宽，具有很高的性价比。A/D转换采用美国德州仪器公司出品的8位模数转换器ADC0804LCN，它具有简单的RC时钟电路，模拟信号采用差分输入，具有较高的模抑制比。6图2.1.82.1.7指示灯和液晶显示电路指示灯电路（图2.1.9）有两个指示灯。一个是电源指示灯，工作时亮；另一是检测提示灯，当该灯亮时，表明酒精含量已超标，不可驾驶；反之，酒精含量未超标，驾驶员可以驾驶。液晶显示电路用来显示测定得到的酒精的浓度。液晶显示电路采用JM1602字符液晶，这是一款低功耗的点阵图形式LCD，可以工作在3.3V供电的情况下，显示格式为16（列）×2（行），具有多功能指令，既可以工作于串行方式又可以工作于并行方式，很容易与8位的单片机相连。本系统中与单片机的连接采用并行工作模式。7图2.1.92.1.8声光报警电路8图2.1.10利用蜂鸣器和LED作为报警器（图2.1.0），当酒精含量超标时，发出禁止行车警告音，同时LED闪烁；不超标时，不发出提示音LED熄灭。由P1.3和P1.4驱动蜂鸣器来实现。2.1.9继电器控制电路图2.1.119继电器控制电路（图2.1.11）受单片机p1.5控制，相当于开关，控制点火装置的打开和关闭。是系统中非常重要的执行单元。2.1.10信号通道切换电路(图2.1.12)通过以上设计，系统前端就可以把酒精传感器检测到的酒精含量信号经单片机判断后产生相应的控制信号以控制汽车点火电路，从而实现对酒后驾车的有效控制。图2.1.122.2系统软件设计软件部分根据系统功能进行模块化编程。实现判别是否吹气、酒10精含量检测、酒精含量是否超标判别、酒精含量显示、声光报警等功能。系统初始化后，对酒精传感器进行加热，自动进入测量状态，然后采集气体压力信号及酒精含量电压信号，与设定的精度浓度进行比较，如果高于这个浓度，则显示该浓度，并进行声光报警，同时切断点火电路，驾驶人员不能发动汽车；如果低于这个浓度，则显示所测的浓度，同时启动发动机。结语汽车防酒驾安全系统是为预防酒后驾驶而设计的。本文通过对硬件系统设计及软件工作流程的阐述，对整个安全系统进行了介绍。由于本系统安装在汽车上，自动测量、智能化程度高、功耗低，对预防酒后驾车具有很好的效果，在实际应用中具有很好的推广价值。11附录1：系统流程图NYN初始化欢迎界面开系统中断A/D采集开始进入休眠中断发生关中断读A/D数据数据处理显示结果开始气体压力判断超标否打开点火装置，汽车启动12Y切断点火