学位论文—基于单片机的防止酒后驾车控制系统课程设计论文.doc
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1、 贵州大学课程设计论文现代电子设计与制作小组课题论文论文(设计)题目:基于单片机的防止酒后驾车控制系统 学 院:职业技术师范学院 专 业:电子信息科学与技术目 录摘要3Abstract .错误!未定义书签。第一章 前言51.1课题研究的目的及意义21.2研究内容3第二章 总体方案设计42.1 设计思路52.2 系统方案设计62.2.1选用的酒精传感器的类型72.2.2选用的单片机的类型82.2.3选用的模数转换芯片的类型9第三章 系统硬件设计103.1 酒精传感器测试电路的设计113.2 信号采集放大电路设计123.3 A/D转换电路的设计133.4 单片机最小系统143.4.1时钟电路设计1
2、53.4.2复位电路设计163.5 数码管显示电路设计173.6 报警电路设计183.7 继电器驱动电路设计19第四章 系统软件设计204.1 软件整体设计思路214.2 主程序模块的设计224.3 控制子程序234.4数据采集及处理模块244.5继电器驱动子程序设计及流程图25第五章 结论26致 谢27参考文献28附件 硬件电路原理图29 基于单片机的防止酒后驾车控制系统摘要 随着交通行业技术的发展,以及汽车保有量的增加,汽车给人类带来舒适和便捷的同时,也给人类带来了交通事故频发等交通安全隐患,如酒后驾驶、无照驾驶、违规驾驶等,严重威胁着人类生命和财产安全。随着我国公路运输业的发展,同其他国
3、家相比,我国的道路交通安全更为严峻,特别是由酒后驾驶导致的交通事故率比较高。针对酒后驾车导致交通事故频繁发生的现象,设计了一种能够防止酒后驾驶的自动控制系统。该系统由酒精传感器、数据采集及信号放大、ADC0809模数转换器、AT89S52单片机控制器、语音报警、LED显示、继电器以及电机等构成。主要研究了对不同的区间浓度和电压转换关系做线性化处理。将采集到的模拟电压信号经A/D模数转换器转换成数字信号,送入单片机,通过单片机进行判断计算输出控制信号;当司机体内酒精浓度超标时,该系统能够自动切断汽车的启动系统电源,同时发出声光报警,并通过数码管实时显示酒精浓度,实现了自动控制功能。该系统需要驾驶
4、者在汽车点火前先进行吹气测试,如果测试结果超过安全水平,在驾驶员用钥匙发动时,继电器将动作,汽车将不能开启,该装置可以用来防止有酒后驾车的人再次犯错。关键词: 酒后驾驶;AT89S52单片机;自动控制系统;气体传感器 Micro controller-based control system to prevent drunk driving Abstract With the development of the transport industry and technology, as well as increased car ownership , car to bring comfor
5、t and convenience of mankind,It also brought to mankind frequent traffic accidents and other traffic safety problems, such as drunk driving, driving without a license , driving violations , serious threat to human life and property safety. With the development of the road transport industry , compar
6、ed with other countries , Chinas road traffic safety is more severe , especially in traffic accidents caused by drinking and driving rates higher . Against drunk driving accident resulting in the phenomenon of frequent occurrence , is designed to prevent drinking and driving an automatic control sys
7、tem. The system consists of alcohol sensor , data acquisition and signal amplification , ADC0809 ADC , AT89S52 MCU controllers, voice alarm , LED displays , relays and motors , and the like . The main concentration of the different intervals and voltage conversion relationship do linearization . The
8、 collected analog voltage signal by A / D analog- converted into digital signals into the micro-controller, to judge by the micro-controller to calculate the output control signal ; When the driver alcohol concentration exceeded, the system can automatically cut off the cars starting system power ,
9、while audible alarm , and through real-time digital display alcohol concentration to achieve automatic control function. The system requires motorists to carry out first before blowing the car ignition test , if the test result exceeds safe levels , with the key in the drivers launch , relay action,
10、 the car will not turn on , the device can be used to prevent drunk driving people make mistakes againKeywords: drink-driving; AT89S52 micro-controller; automatic control system; gas sensors 第一章 绪论1.1课题研究的目的及意义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
11、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 2010 年将突破 10 亿量。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。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。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,我国的道路交通安全形式严峻。截至到 2008 年,虽然我国加强了预防交通事故的措施,但是交通
12、事故数量还是相当惊人。 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2000 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。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。赵卫兴,高岩等人分析了 19942004 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2004年的4.4%,平均每年以7.3%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。 为了能够有效的防止酒后驾
13、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,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
14、出行安全,构建和谐的交通环境。1.2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、AT89C
15、52 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。 第二章 总体方案设计2.1 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
16、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。2.2 系统方案设计基于以上的构思,设计了基于单片机的酒后
17、驾驶智能闭锁系统的系统框图,如下图所示:AT89C52单片机LED显示酒精传感器ADC0809放大器警告提示 数字量 控制转换电源供电汽车引擎电源驱动继电器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
18、、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:2.2.1选用的酒精传感器的类型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
19、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GA307-2001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。2.2.2选用的单片机的类型目前最常用的是 AVR、MCS-51、PIC 系列单片机。51系列单片机的优点之一是它从内部
20、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AT89C51、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
21、。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。2.2.3选用的模数转换芯片的类型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。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位模/数转换器。这个部分主要是由3部分组成:
22、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
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