基于單片機(jī)防酒后駕駛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　基于單片機(jī)防酒后駕駛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　The Design Of Anti-drunk Driving Control System On Single Chip Microcomputer</p><p><b>　　2013年6月</b></p><p><b>　　摘

2、要</b></p><p>　　近年來，隨著我國汽車的普及，汽車的安全問題已經(jīng)引起了我們的注意，根據(jù)最新的數(shù)據(jù)顯示，目前，酒后駕車成為車禍頻發(fā)的主要原因，我國因酒后駕車而導(dǎo)致的死亡人數(shù)平均每年以7.3%的速度增長，酒后駕車輕則害人害己，重則車毀人亡。為了防止酒后駕車，設(shè)計(jì)一種智能電路來檢測駕駛員體內(nèi)的酒精含量并且能夠及時(shí)切斷汽車電源是非常有必要的。</p><p>　　該設(shè)計(jì)由

3、MQ-3酒精傳感器來測量飲酒后駕駛員體內(nèi)的酒精濃度，通過A/D0832轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入單片機(jī)，最后由單片機(jī)通過對數(shù)字信號的處理來顯示酒精濃度。在超過閾值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并且通過控制繼電器來切斷汽車電源。軟件方面，各個子程序的功能相對獨(dú)立，便于調(diào)試和修改。當(dāng)駕駛員體內(nèi)酒精濃度超標(biāo)時(shí)，該系統(tǒng)能夠自動切斷汽車啟動系統(tǒng)電源，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示酒精濃度。</p><p>　　本系統(tǒng)選擇AT89

4、C51單片機(jī)、A/D0832轉(zhuǎn)換器、MQ-3酒精傳感器、數(shù)碼管、LED、蜂鳴器、繼電器等元器件通過DXP來設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)電路圖，使用keil uvision4完成軟件系統(tǒng)的編程調(diào)試。</p><p>　　關(guān)鍵詞： AT89C51單片機(jī)；A/D0832轉(zhuǎn)換器；MQ-3酒精傳感器；智能電路；酒后駕車；</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p>

5、<p>　　In recent years, with the popularity of cars in China, safety problem of cars has caused our attention. According to the latest data, driving after drinking has become the main reason of the car accident, th

6、e death that cased by the car accident has been increased at the rate of 7.3%. Driving after drinking is so dangerous that it cause death or hurt . To avoid the driving after drinking, it is necessary to design a intelli

7、gent circuit to check the alcohol concentration and cut off the power of </p><p>　　The design uses the MQ-3 alcohol sensor to measure the alcohol concentration of the driver's body and send those signals

8、 to SCM by A/D0832 converter. In the last, the SCM process the digital signal to display alcohol concentration.When the alcohol concentration beyond the mark of standard alcohol concentration, the system issues a sound l

9、ight alarm and cuts off the power of the car. In software aspect, every program is independent,so it is easy when debuging the program. When the driver's alcoho</p><p>　　In this system, this paper choose

10、s AT89C51 SCM, A/D0832 converter, MQ-3Alcohol sensor, Nixie tube, LED, buzzer and relay as it main parts, and through the DXP design the hardware part, use the Keil Uvision4 to complete the software part.</p><

11、p>　　Key Words：AT89C51 SCM; A/D0832 converter; MQ-3 alcohol sensor; Intelligent circuit;drunk driving </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p&g

12、t;　　1.1課題研究的目的1</p><p>　　1.2課題研究的意義1</p><p>　　2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路3</p><p>　　2.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2.1酒精傳感器的選擇4</p><p>　　

13、2.2.2單片機(jī)的選擇5</p><p>　　2.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇7</p><p>　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1信號采集模塊8</p><p>　　3.2信號轉(zhuǎn)換模塊8</p><p>　　3.3復(fù)位電路10</p><p>　　3.4

14、 晶振電路11</p><p>　　3.5 數(shù)碼管顯示電路12</p><p>　　3.6 聲光報(bào)警模塊12</p><p>　　3.7 繼電器驅(qū)動電路13</p><p>　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件整體流程圖14</p><p>　　4.

15、2編譯語言的選擇14</p><p>　　4.3A/D轉(zhuǎn)換模塊軟件流程15</p><p>　　4.4報(bào)警程序設(shè)計(jì)16</p><p><b>　　結(jié) 論17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　

16、　致 謝19</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題研究的目的</b></p><p>　　當(dāng)今，由于我國的經(jīng)濟(jì)和科技正在飛速發(fā)展，人民的生活水平正在日趨小康，越來越多的人擁有了自己的汽車。隨著汽車的普及，交通事故已經(jīng)引起了我們的注意，根據(jù)最新的數(shù)據(jù)顯示，目前

17、，道路交通死亡已經(jīng)成為人類第九大死亡原因，而在2020年，道路交通死亡率預(yù)計(jì)將再翻一倍，上升為繼癌癥、抑郁癥之后的第三大死亡原因。截至2011年，雖然國家采取了一些相應(yīng)的措施來減少交通事故發(fā)生的頻率，但不遵守交通規(guī)則的人依然很多，交通事故數(shù)量仍然居高不下，以下就是2008年-2011年我國交通事故與死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)（如表1-1所示）。</p><p>　　表1-1：2008-2011年交通事故數(shù)與死亡人數(shù)</p

18、><p>　　根據(jù)調(diào)查，大約50%—60%的交通事故與酒后駕駛有關(guān)，酒后駕駛已經(jīng)被列為車禍致死的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì),從1994 年到2004 年,我國因酒后車而導(dǎo)致的死亡人數(shù)平均每年以7.3%的速度增長。</p><p>　　針對酒后駕車這種害人害己的行為，防酒后駕車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是非常必要的，它能強(qiáng)制酒后的駕駛員無法啟動汽車，降低交通事故的發(fā)生概率。雖然我國對酒后駕車的處罰越來越嚴(yán)重，但是還是

19、有部分飲酒司機(jī)抱有僥幸心理，在沒有交警的地方，仍就不顧自己與他人的安全繼續(xù)駕車，發(fā)生事故后悔之晚矣，所以防酒后駕車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更增加了駕駛員的安全系數(shù)，能夠有效降低交通事故的發(fā)生，保障行人以及司機(jī)的安全。</p><p><b>　　課題研究的意義</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)基于AT89C51單片機(jī)而設(shè)計(jì)的防酒后駕車控制系統(tǒng)，它可以檢測空氣中酒精的含量，最重

20、要的用途是檢測司機(jī)的體內(nèi)酒精的濃度。酒后駕車發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá)27%。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應(yīng)錯誤率顯著增加，當(dāng)血液中酒精濃度由0.5‰增至1‰，發(fā)生車禍的可能性便增加5倍，如果增至1.5‰，可能性再增加6倍。駕駛員喝完酒后駕車上路，出現(xiàn)交通事故的幾率在一定程度上會大大增加, 這種行為不僅對道路交通安全產(chǎn)生了危害，而且也威脅著人民群眾的生命與財(cái)產(chǎn)的安全。</p><p>　　駕駛員飲酒后, 酒精被駕駛員體內(nèi)

21、消化系統(tǒng)吸收, 通過血液的流動, 肺部呼出大約90%的酒精氣體, 因此想要判斷司機(jī)的飲酒程度，只需要通過酒精傳感器測量司機(jī)呼出的氣體中酒精濃度。駕駛員只要將嘴對著傳感頭使勁吹氣，儀器就能發(fā)上顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機(jī)是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。當(dāng)然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機(jī)一進(jìn)入車內(nèi)檢測儀就檢測司機(jī)的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無法啟動，這樣就可從根本上解決酒后駕車問題。</p><

22、;p>　　在我國道路交通事故中每死亡3個人中就有一個是因?yàn)榫坪篑{車所致。我國現(xiàn)階段仍然在較大范圍內(nèi)存在所謂“無酒不成席”的習(xí)俗，“喝酒不駕車，駕車不飲酒”的觀念尚未深入人心。當(dāng)酒精的含量達(dá)到一定濃度時(shí)人對外界的反應(yīng)能力及控制能力就會下降，處理緊急情況的能力也隨之下降。醫(yī)學(xué)研究證明,缺少乙醛脫氫酶的中國人, 在其飲酒后極易在體內(nèi)聚集乙醇,使飲酒者感覺頭痛、心動過速、嗜睡、血管擴(kuò)張。酒后駕車者往往認(rèn)為自己的酒量很好，喝完酒后跟正常人一

23、樣，過高的相信自己的駕駛技術(shù)，于是開著車，行駛在路上，不知危險(xiǎn)已經(jīng)存在，當(dāng)造成事故時(shí)，輕者則后悔不已，重者則悔之晚矣，甚至失去了生命?？茖W(xué)表明，未飲酒的駕駛員行駛在道路上，在前方有危險(xiǎn)時(shí)，從發(fā)現(xiàn)到踩下剎車的反應(yīng)間隔為0.75秒，而飲酒后依然駕車的駕駛員在同樣的情況下反應(yīng)的間隔要比沒有飲酒的要減慢2-3倍，在相同的速度下行駛?cè)绻枰苿?，其距離也要延長，這樣大大增加了發(fā)生交通事故的概率。有資料表明，駕駛員在微醉的情況下行駛，其發(fā)生道路事故

24、的概率為未飲酒的16倍。所以，酒后駕車，特別是在醉酒的狀態(tài)下行駛，嚴(yán)重的危害道路交通安全。</p><p>　　為給交通管理部門提供科學(xué)的管理手段，控制酒后駕車的系統(tǒng)顯得格外的重要。該系統(tǒng)安裝在汽車上，不用交警和其他人員就能判斷司機(jī)是否酒后駕車，以確保了司機(jī)的安全，又減少了交警等人員的工作量。當(dāng)司機(jī)體內(nèi)酒精濃度超標(biāo)時(shí)，該系統(tǒng)能夠自動切斷汽車啟動系統(tǒng)電源，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示酒精濃度。</p

25、><p><b>　　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)研究的是酒后駕車控制系統(tǒng)，采用MQ-3型酒精傳感器，通過該傳感器檢測駕駛員呼出氣體的酒精含量，判斷其是否超過安全駕駛標(biāo)準(zhǔn)，如果超標(biāo)則通過LED以及蜂鳴器發(fā)出的聲光報(bào)警來提醒駕駛員體內(nèi)酒精含量已經(jīng)超標(biāo)，并且

26、通過數(shù)碼管來顯示駕駛員體內(nèi)的酒精含量，使駕駛員能夠清晰的看到自己體內(nèi)的酒精濃度起到警示的作用，為了防止駕駛員酒后啟動汽車，本設(shè)計(jì)中還缺少一個能夠自動切斷汽車引擎電源的裝置，本設(shè)計(jì)采用繼電器來實(shí)現(xiàn)這個功能，通過繼電器來控制汽車引擎電源。該智能系統(tǒng)能夠通過酒精傳感器來測量駕駛員體內(nèi)酒精含量，并且將酒精傳感器輸出的模擬信號通過A/D傳感器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給89C51單片機(jī)，當(dāng)駕駛員體內(nèi)濃度超標(biāo)時(shí)，單片機(jī)通過對信號的處理來控制聲光報(bào)警，提醒駕

27、駛員您酒精含量已經(jīng)超標(biāo)，同時(shí)繼電器切斷汽車引擎電源，停止啟動發(fā)動機(jī)。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于以上的構(gòu)思，設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)防酒后駕車控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖</p><p>　　系統(tǒng)功能框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)功能框圖</p>&l

28、t;p>　　以下是我對該系統(tǒng)簡單的介紹：</p><p>　　本系統(tǒng)主要由電源模塊、酒精傳感器AT89C51單片機(jī)、A/D0832轉(zhuǎn)換器、數(shù)碼管顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、繼電器驅(qū)動模塊等組成、其主要任務(wù)是采集酒精傳感器的輸出電壓信號，經(jīng)過放大后傳入A/D0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳入AT89C51單片機(jī)進(jìn)行處理，當(dāng)駕駛員酒精濃度超過規(guī)定的值時(shí)，單片機(jī)將酒精濃度傳給數(shù)碼管進(jìn)行顯示，并且驅(qū)動聲光報(bào)警模塊

29、和繼電器動作，提醒駕駛員其體內(nèi)酒精濃度已經(jīng)超標(biāo)，并且及時(shí)切斷繼電器，保證駕駛員的安全。</p><p><b>　　酒精傳感器的選擇</b></p><p>　　酒精傳感器是本系統(tǒng)的核心，酒精傳感器將酒精的體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為電信號，探測頭通過傳感器對空氣中的其他氣體進(jìn)行過濾，除雜等。本設(shè)計(jì)采用MQ-3酒精傳感器，由于MQ-3傳感器對酒精氣體具有良好的靈敏度、長壽命、低成本

30、，耐汽油、煙霧、水蒸氣。MQ-3氣體傳感器所使用的氣敏材料二氧化錫(SnO2)其是在空氣中電導(dǎo)率是較低的。當(dāng)傳感器隨著所處環(huán)境中酒精蒸汽的增加，傳感器的電導(dǎo)率也隨著酒精氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。該傳感器可檢測多種濃度酒精氣氛，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。傳感器有兩部分回路：一是傳感器加熱回路；二為傳感器信號輸出回路，它可以精確反映傳感器表面電阻的變化。傳感器表面電阻R

31、S的變化，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號VRL出面獲得的。二者之間的關(guān)系表述為：RS/RL=(VC－VRL)/VRL，其中VC 為回路電壓10V。負(fù)載電阻RL 可調(diào)為0.5～200K，加熱電壓Uh為5V。這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為0～5V。為了使測量更準(zhǔn)確，使用時(shí)需要將傳感器提前加熱1-2分鐘。</p><p>　　MQ-3傳感器外形圖如圖2-2所示：</p><p>&l

32、t;b>　　圖2-2傳感器外形</b></p><p>　　MQ-3氣敏元件將微型陶瓷管、SnO2敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器提供了必要的工作條件。封裝的氣敏元件6只管腳中4個管角用于信號取出，2個管角用于加熱電流的供給。</p><p>　　呼出氣體中的酒精含量與血液中的酒精含量有如下關(guān)系：</p><

33、p>　　BAC（mg/mL）=BrAC（mg/mL）×2200 公式（2-2）</p><p>　　血液中酒精濃度的英文縮寫（BAC），呼出氣體中酒精濃度的縮寫(BrAC )，括號中的mg／mL 表示單位。駕駛員的酒駕程度等于血液中跟肺部呼吸出的氣體中的酒精濃度的比值，我國規(guī)定當(dāng)血液中酒精濃度大于或者等于20mg/100mL，小于80mg/100mL視為酒后駕駛。當(dāng)血液中酒精濃度

34、小于20mg／100mL時(shí)，汽車能夠正常啟動；當(dāng)血液中酒精濃度達(dá)到20mg／100mL以上時(shí)，繼電器斷開發(fā)動機(jī)電源，禁止啟動。</p><p><b>　　單片機(jī)的選擇</b></p><p>　　當(dāng)今，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品趨于智能化、微型化、低功耗。單片機(jī)是一種集成電路芯片，其采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把能夠處理數(shù)據(jù)的中央處理器CPU 隨機(jī)存儲器

35、RAM、只讀存儲器ROM、多種I /O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等在一塊硅片上集成，構(gòu)成一個微型但是相對完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　單片機(jī)又稱微控制集成電路芯片，微處理器(CPU)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算，并且數(shù)據(jù)的傳送、中斷處理也通過CPU進(jìn)行，隨機(jī)存儲數(shù)據(jù)的RAM，只讀存儲ROM，輸入輸出設(shè)備接口(I/O口)，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路)，脈寬

36、調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路在一塊單片芯片上進(jìn)行集成，組成一個微型但是很完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。使用軟件可以控制這些電路準(zhǔn)確、高效、迅速地完成程序源先前設(shè)定好的的任務(wù)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用AT89系列單片機(jī)，由于89系列單片機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)內(nèi)部含 Flash 存儲器：修改在處于開發(fā)過程中的系統(tǒng)的程序是非常容易的這就大大縮短了開發(fā)系

37、統(tǒng)的時(shí)間。同時(shí)，能夠有效地進(jìn)行對一些數(shù)據(jù)信息的存儲即便當(dāng)外界電源受損保存的信息也不會受到影響。 </p><p>　　(2)和80C51底角插座完全兼容：89系列單片機(jī)擁有與80C51相同的引腳，所以，當(dāng)用89系列單片機(jī)被80C5替代1 時(shí)能夠直接被代換 這時(shí)無論采用40引腳或是44 引腳的東西，只要89系列單片機(jī)能夠完全替代80C51單片機(jī)的引腳就可以。 </p><p>　　(3)靜

38、態(tài)時(shí)鐘模式：89系列單片機(jī)擁有靜態(tài)時(shí)鐘方式 能夠有效的節(jié)省電耗， 這對于需要降低功耗的便攜式產(chǎn)片是非常重要的。 </p><p>　　(4)錯誤編程亦無廢品產(chǎn)生 ：一般的 OTP 產(chǎn)品 如果編程錯誤就意味著成了廢品而 89 系列單片機(jī)帶有Flash存儲器。所以，當(dāng)輸入錯誤編程后可以重新修改繼續(xù)編程一直到程序無問題為止， 所以它沒有使用報(bào)廢問題。 </p><p>　　(5)可對系統(tǒng)進(jìn)行

39、反復(fù)的試驗(yàn) ：基于89 系列單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其可以對系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)，編寫不同的程序進(jìn)行多次試驗(yàn)，這樣能夠使用戶設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)達(dá)到最完美，而且，隨著用戶的增加和需要，對不滿意的地方可以修改，使系統(tǒng)不斷能追隨用戶的最新要求。</p><p>　　AT89 C51引腳按功能可分為三類：</p><p>　　電源及時(shí)鐘引腳：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。</p>&l

40、t;p>　　電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc接+5V電源，Vss接地。</p><p>　　時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了1個晶體振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘控制信號。2個時(shí)鐘引腳也可以接獨(dú)立的外部晶體振蕩器。XTAL1接外部的一個引腳。該引腳內(nèi)部是一個反相放大器的輸入端。這個反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果使用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳接地。XTAL2接外部晶體的另一端，

41、在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。使用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號，該信號直接連接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　?、?控制引腳：、ALE、、RESET（RST）。此類引腳提供控制信號，有的還具有復(fù)用功能。</p><p>　　RST/VPD引腳：RESET（RST）是復(fù)位信號輸入端，當(dāng)其輸入高電平時(shí)有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持的續(xù)時(shí)間大于2個機(jī)

42、器周期（24個振蕩周期）的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位。</p><p>　　ALE/ 引腳：ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。</p><p>　　引腳：程序存儲器允許輸出控制端。在單片機(jī)訪問外部程序存儲器時(shí)，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。</p><p>　　/VPP引腳：功能為片內(nèi)程序存儲器

43、選擇控制端。當(dāng)引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器，但在PC值超過0FFFH時(shí)，此時(shí)超出片內(nèi)程序存儲器的4KB地址范圍，將自動執(zhí)行外部程序存儲器中存儲的程序。當(dāng)引腳為低時(shí)，單片機(jī)只訪問外部程序存儲器，而不管是否有內(nèi)部程序存儲器。</p><p><b>　　（3）I/O口</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL

44、門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，此時(shí)P0口的全部引腳浮空，可用作高阻輸入。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。</p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，此時(shí)可以作為輸入。</

45、p><p>　　P3口：P3口是一個帶內(nèi)部上接電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，P3口的每一位能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　所以，本次設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)來進(jìn)行對系統(tǒng)的整體進(jìn)行控制， AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲

46、器的低電壓，高性能CMOS8位微機(jī)處理器，它提供了一個更靈活，更廉價(jià)的解決方案為許多嵌入式控制系統(tǒng)。由于其能夠進(jìn)行位傳送、置位、清0、測試、邏輯運(yùn)算等功能，并且有4 個I /O端口，每個端口都是8 位雙向口，共占32根引腳。每個端口都包括一個鎖存器( 即專用寄存器P0 ～ P3)、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。4個端口通常P0 ～ P3。在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這4 個端口都可以用作雙向通用I /O 端口。在具有片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中

47、，P2 口作為高8位地址線，P0口分時(shí)作為低8 位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　2.2.3A/D轉(zhuǎn)換器的選擇</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，被測量對象的有關(guān)變化量，如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，須經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號（電壓或電流），這些模擬電信號必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器（ADC

48、）。 </p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器大致分有三類：一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是精度高，抗干擾性好，價(jià)格便宜，但速度慢；二是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，精度、速度、價(jià)格適中；三是∑-△A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用的是A/D0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它是一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片、工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μS、輸入輸出電平與TTL/CMOS相

49、兼容、5V電源供電時(shí)輸入電壓在 0~5V 之間；由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而被廣泛使用。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　信號采集模塊</b></p><p>　　MQ-3的加熱電阻兩端連接+5V直流穩(wěn)壓電源，用于電阻絲對敏感體電阻的加熱。電路將MQ-3的阻值變化轉(zhuǎn)換成輸

50、出電壓的變化，從而通過A/D0832轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號供單片機(jī)處理。</p><p>　　在檢測的酒精濃度值大于傳感器預(yù)設(shè)值時(shí)，傳感器將會報(bào)警。但是由于傳感器模塊內(nèi)部預(yù)設(shè)值不方便通過程序改變，所欲在本設(shè)計(jì)中報(bào)警值在程序中設(shè)定，報(bào)警由單片機(jī)程序控制，這要便于修改。</p><p>　　模擬信號輸出端口能輸出0到+5 的模擬信號，當(dāng)檢測的酒精濃度越大時(shí)輸出電壓越高。此端口接入AD083

51、2轉(zhuǎn)換器的2號引腳，實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。</p><p>　　信號采集模塊電路圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 信號采集模塊電路圖</p><p><b>　　信號轉(zhuǎn)換模塊</b></p><p>　　信號轉(zhuǎn)換模塊電路圖如圖3-3所示。酒精傳感器將電壓通過CH0輸入A/D0832轉(zhuǎn)換器，A/D0832轉(zhuǎn)換器將

52、輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號通過D0與DI口傳入單片機(jī)。</p><p>　　ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方

53、便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。</p><p>　　A/D0832芯片如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 ADC0832芯片管腳圖</p><p><b>　　芯片接口說明：</b></p><p>　　CS_片選使能，低電平芯片使能。</p><p>　　

54、CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/-使用。</p><p>　　CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/-使用。</p><p>　　GND芯片參考 0 電位（地）。</p><p>　　DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。</p><p>　　DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。</p><p>　　CLK芯片時(shí)鐘

55、輸入。</p><p>　　正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯

56、片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1 個時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。</p><p>　　當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對CH1 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將

57、CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。</p><p>　　第3個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由 DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個脈沖

58、時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個字節(jié)的下沉輸出 DATD0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。</p><p>　　圖3-3 信號轉(zhuǎn)換模塊</p><p><b>　　復(fù)位電路</b

59、></p><p>　　單片機(jī)工作過程中有一個程序指針，它指向即將要執(zhí)行的程序。單片機(jī)上電時(shí)要執(zhí)行復(fù)位操作，使得程序指針指針指向程序的0000H地址處，即單片機(jī)將要執(zhí)行第一條語句，以后每執(zhí)行完一條語句程序指針都依次增加。這樣使得單片機(jī)每次執(zhí)行程序都處于確定狀態(tài)，如果沒有程序指針，就不知道程序一開始應(yīng)該從哪里開始執(zhí)行，也不知道工作時(shí)應(yīng)該執(zhí)行哪條語句。上電時(shí)的自動復(fù)位，使得各端口的輸出輸入電平不會處于不確定狀態(tài)

60、，不會使外圍設(shè)備產(chǎn)生誤動作；也能防止內(nèi)部一些控制寄存器的功能紊亂。</p><p>　　上電復(fù)位的實(shí)現(xiàn)方法是，在接通電源時(shí)，RST引腳獲得瞬間高電平，因?yàn)殡娙蓦妷翰荒芡蛔?，隨著圖3-4中的電容C1的充電，RST引腳所獲得的高電平逐漸下降，但能保持兩個機(jī)器周期以上的時(shí)間，單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　在復(fù)位電路的設(shè)計(jì)中，要選擇合適的元器件參數(shù)，電阻的阻值不宜過大或者過小，過大使得RST不

61、可能獲得高電平，過小也不能起到限流作用。另外電容容值也應(yīng)該合適，要保證放電時(shí)，RST引腳上的高電平也能保持兩個機(jī)器周期以上的高電平。</p><p>　　圖3-4 復(fù)位電路</p><p><b>　　3.4晶振電路</b></p><p>　　單片機(jī)必須有時(shí)鐘信號控制，才能使得工作時(shí)各指令在操作上有嚴(yán)格的時(shí)間次序，可以通過兩種方法提供時(shí)鐘信

62、號，一種是外部時(shí)鐘方式，另一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式。外部時(shí)鐘方式是在XTAL1端引入外部已有的時(shí)鐘信號，而XTAL2端懸空，外部時(shí)鐘信號一般是頻率小于12MHZ的方波。外部時(shí)鐘方式一般是用于多臺單片機(jī)協(xié)同工作時(shí)，如單片機(jī)之間的通信，這樣要使單片機(jī)有統(tǒng)一的工作節(jié)奏。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，其電路結(jié)構(gòu)簡單，功率消耗低。</p><p>　　本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。晶振全稱為晶體振蕩器，其作用在于

63、產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率。內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路實(shí)現(xiàn)方法是在XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體，與單片機(jī)片內(nèi)震蕩電路形成震蕩回路，圖3-5中電容C3和C4的容值為22pF，它們的作用是加快起振和穩(wěn)定頻率。</p><p>　　圖3-5 晶振電路</p><p>　　3.5數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用共陰極四位一體數(shù)碼管,單片機(jī)通過程序?qū)/D轉(zhuǎn)換器輸入

64、的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為酒精的濃度實(shí)時(shí)顯示在數(shù)碼管上其電路如圖3-6所示</p><p>　　圖3-6 數(shù)碼管顯示模塊</p><p><b>　　3.6聲光報(bào)警模塊</b></p><p>　　A/D0832轉(zhuǎn)換器通過P1.1口將數(shù)字信號輸入單片機(jī)，單片機(jī)對信號進(jìn)行分析判斷駕駛員體內(nèi)酒精濃度是否超過閾值，通過P2.0口點(diǎn)亮二極管同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)

65、警，其電路圖如圖3-7所示:</p><p>　　圖3-7 聲光報(bào)警電路</p><p>　　3.7繼電器驅(qū)動電路</p><p>　　當(dāng)駕駛員體內(nèi)酒精濃度超標(biāo)，如果駕駛員想要啟動汽車，那么單片機(jī)的P2.1口將會控制繼電器，切斷汽車電源，使汽車無法啟動，有效的防止酒后駕車。本設(shè)計(jì)中繼電器采用單刀雙擲小功率電磁繼電器，額定電壓5V~28V。繼電器驅(qū)動電路如圖3-8所

66、示</p><p>　　圖3-8 繼電器驅(qū)動電路</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件整體流程圖</p><p>　　系統(tǒng)程序主要完成A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)碼管顯示、聲光報(bào)警等功能。軟件通過酒精傳感器的測量結(jié)果進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值比較判斷駕駛員的飲酒程度，對不同的酒

67、精濃度進(jìn)行顯示以及報(bào)警。酒精濃度采集，當(dāng)傳感器檢測到有酒精的時(shí)候，傳感器兩腳之間的電阻減小，對應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載的電阻分壓變大，將這一變化的數(shù)值送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，之后通過軟件編寫對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再將這一變化值成功的通過驅(qū)動數(shù)碼管顯示。判定濃度是否超標(biāo)，一旦被測濃度超過了這一數(shù)值，啟動蜂鳴器發(fā)出警示音。系統(tǒng)軟件整體流程圖如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)軟件整體流程圖</p>&

68、lt;p><b>　　編譯語言的選擇</b></p><p>　　對于單片機(jī)的編程來說，C語言是比較常見的一種高級語言。匯編語言的可控性較高級語言來說更具優(yōu)越性。程序編寫語言比較常見的有C語言、匯編語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。</p><p>　　C語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習(xí)慣。還有很多處理器都支持C編

69、譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植?；贑語言和匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。</p><p>　　軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能寫各個子程序。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換模塊軟件流程</p><p>　　ADC0832的數(shù)據(jù)寬度為8位，數(shù)據(jù)最

70、快轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS，其頻率為250KHZ。ADC0832轉(zhuǎn)換器將CHO口輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量00H-FFH，然后將對應(yīng)數(shù)值存儲到內(nèi)存單元。程序框圖如圖4-2所示</p><p>　　圖4-2 A/D轉(zhuǎn)換模塊流程</p><p><b>　　報(bào)警程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　報(bào)警電路分為蜂鳴器報(bào)警電路和LED發(fā)光報(bào)警電路組

71、成。當(dāng)輸入端P2.0為低電平時(shí)，有電流通過蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。而當(dāng)輸入端為高電平時(shí)不報(bào)警。其程序圖如圖4-3所示</p><p>　　圖4-3 報(bào)警模塊流程圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的酒精濃度檢測儀，設(shè)計(jì)過程包括了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫兩部分。硬件電路部分結(jié)構(gòu)簡

72、單、使用方便、適合大眾化使用。軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)思想，各個子程序的功能相對獨(dú)立，便于調(diào)試和修改。通過軟、硬件聯(lián)合調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)基本要求，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。</p><p>　　依據(jù)方案設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了基于 AT89C51單片機(jī)的硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了語音報(bào)警模塊、數(shù)碼管顯示和繼電器驅(qū)動等的控制電路功能。報(bào)警模塊功能為當(dāng)檢測到酒精濃度超標(biāo)時(shí)，能夠經(jīng)蜂鳴器發(fā)出警告提示；數(shù)碼管顯示模塊能夠顯示呼出氣體中酒精含量值；繼

73、電器能夠在檢測到酒精濃度超標(biāo)時(shí)，及時(shí)切斷汽車引擎，禁止啟動汽車； </p><p>　　使用 keil uvision4編譯器基礎(chǔ)上編寫了整個軟件系統(tǒng)，主要包括酒精傳感器模擬電壓輸出采集處理子程序、轉(zhuǎn)換程序、報(bào)警及繼電器驅(qū)動等子程序； </p><p>　　通過軟硬件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和整個系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)表明：采用酒精傳感器能夠準(zhǔn)確測得駕駛員呼出氣體的酒精濃度含量，并能夠智能控制，當(dāng)駕駛員呼出氣體

74、酒精含量超標(biāo)時(shí)，切斷汽車引擎電源，減少交通事故的發(fā)生，營造和諧的交通環(huán)境。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]岳睿.呼氣式酒精傳感器的研究進(jìn)展 .化學(xué)傳感器，2006（3）：6-9。</p><p>　　[2]何希才.傳感器技術(shù)與應(yīng)用. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005。</p><

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77、;<p>　　[10]梁集賢,楊青等. 駕駛員血液中酒精濃度(BAC)與交通事故相關(guān)性研究，現(xiàn)代交通技術(shù),2007</p><p>　　[11]劉水桂,何作順. 酒后駕駛與道路交通傷害關(guān)系研究進(jìn)展. 現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué). 2008 </p><p>　　[12]姬利娜,董玉佩. 基于道路因素的交通事故預(yù)防對策分析. 交通科技與經(jīng)濟(jì). 2008</p><p>

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80、nal of Drug and Alcohol Abuse . 1994</p><p>　　[16]Rod G. Gullberg. Estimating the measurement uncertainty in forensic breath-alcohol analysis ,2006</p><p><b>　　致 謝</b></p>

81、<p>　　基于單片機(jī)酒后駕車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文已經(jīng)完成，本論文從選題、設(shè)計(jì)、到論文的整體編寫，整個過程都等到了何瑾老師的耐心指導(dǎo)和細(xì)心幫助在我撰寫論文開題的過程中，*老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的中期過程檢查以及成文定稿方面，我都得到了*老師悉心細(xì)致的教誨和無私的幫助，在此向何老師表示我誠摯的謝意。</p><p>　　通過這一階段的努力，讓我受益匪淺