【文章內(nèi)容簡介】 結(jié)果通過無線傳感技術(shù)傳給汽車的電子控制 系統(tǒng)單元，當(dāng)酒精含量超過系統(tǒng)中的設(shè)定值的上線，該系統(tǒng)將阻止啟動 動機(jī)。而日產(chǎn)的防酒后駕駛控制系統(tǒng)通過變檔器上的探測聲納探測司機(jī)手上的汗液中含有酒精，便會自動上鎖，并通過車內(nèi)的聲音報警 發(fā)出“酒后駕車”的聲音提示，該系統(tǒng)還可以通過對司機(jī)的臉部活動和行車狀況探測出司機(jī)是否酒后駕車，并會發(fā)出報警聲，并自動收緊安全帶，同時導(dǎo)航系統(tǒng)中顯示“不要酒后駕車”信息 。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國對于這方面的研究比較少，香港一家公司發(fā)明了一種名為 i— KEY 的車鑰匙，能夠有效而方便地防止醉酒駕駛。這種鑰匙將感應(yīng)器、遠(yuǎn)程信息處理等技術(shù)整合在車鑰匙上，從外觀看，它比正常的車鑰匙多了一條鎖棒。使用時，司機(jī)要先按 i— KEY 上的開始按鈕，綠色準(zhǔn)備燈亮了之后，對著氣孔吹氣約兩秒鐘。當(dāng)呼出氣體的酒精含量低于規(guī)定值時，它會立即開鎖，把鎖棒收起來，車鑰匙便能順利插入鑰匙孔，啟動引擎。否則，鑰匙將亮起紅燈，鎖棒便不能收起來，汽車將無法啟動。 目前，國家交通技術(shù)領(lǐng)域正在開發(fā)研究駕駛行為監(jiān)控預(yù)警技術(shù)和裝備，研究內(nèi)容：駕駛狀態(tài)及車輛運(yùn)行狀態(tài)與環(huán)境實(shí)時檢測技術(shù)，異常駕駛狀態(tài)實(shí)時識別技術(shù)，駕駛意圖、行為預(yù)測及違規(guī)操作判別技術(shù)，危險駕駛行為的預(yù)警方法與技術(shù)，駕駛行為監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)集成技術(shù)。研究目的：通過研發(fā)異常駕駛狀態(tài)、違規(guī)操作、不良駕駛習(xí)慣等檢測預(yù) 警系統(tǒng)與裝置，形成駕駛?cè)诵袨榈膶?shí)時監(jiān)控技術(shù)，為有效減少道路交通事故提供技術(shù)支撐，從而開發(fā)適用于駕駛行為監(jiān)控系統(tǒng)原型樣機(jī)，并將通過實(shí)車實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。雖然目前隧道窯生產(chǎn)過程的自動化己經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，但是限于現(xiàn)有的技術(shù)和工藝水平，并沒有真正實(shí)現(xiàn)隧道窯生產(chǎn)的全過程自動化。隨著自動控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，隧道窯生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，隧道窯自動控制系統(tǒng)將更加完善，體現(xiàn)隧道窯特性的溫度制度和壓力制度將實(shí)現(xiàn)智能優(yōu)化控制，控制系統(tǒng)將具有更高的精度、更快的速度以及更強(qiáng)的抗干擾性能。例如，窯爐監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)己經(jīng)設(shè)定的燒成制度，對窯內(nèi) 發(fā)生的各種變化自動進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)將驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)對相應(yīng)參數(shù)做出調(diào)整。隧道窯的輔助過程也將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動化、一體化。例如，隧道窯的進(jìn)車、出車、窯門升降按預(yù)先設(shè)定的程序自動完成，在無人干預(yù)的情況下，窯車能在回車線上順利完成碼坯，磚坯轉(zhuǎn)運(yùn)，卸磚，返回等作業(yè)。利用電子計算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全過程自動化控制的隧道窯可以準(zhǔn)確、及時、靈敏地凋整各項(xiàng)熱工參數(shù)，減少對操作經(jīng)驗(yàn)的依賴，降低操作人員的勞動強(qiáng)度 。提高窯爐運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)一步改善產(chǎn)品的質(zhì)量，增加產(chǎn)品的產(chǎn)量 。并且進(jìn)一步降低能耗，減少能源浪費(fèi)。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 研究內(nèi)容 本課題主要研究一種能自動防止司機(jī)酒后駕駛的智能閉鎖系統(tǒng)，本研究主要采用中檔芯片作為該智能閉鎖系統(tǒng)的核心，通過呼氣式酒精傳感器測試司 機(jī)呼出氣體的酒精含量，并且能夠通過液晶顯示器顯示該酒精含量值，當(dāng)司機(jī)體內(nèi)血液酒精含量超過安全駕駛標(biāo)準(zhǔn)時，能夠報警，并通過繼電器切斷汽車引擎的電源，使汽車無法啟動。 本研究主要包括以下幾個方面的內(nèi)容： （ 1）設(shè)計智能閉鎖系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)組成以及控制系統(tǒng)中的功能模塊； （ 2）認(rèn)真學(xué)習(xí) AT89C52 芯片的特性和功能，設(shè)計自動控制系統(tǒng)的硬件電路。以 AT89C52 為核 心，功能模塊劃分為酒精傳感器酒精濃度信號采集放大電路、 AT89C52 微控制器接口電路、報警電路、酒精濃度顯示電路、繼電器接口電路等 ； （ 3）軟件編程。按照軟件實(shí)現(xiàn)的功能，分為酒精傳感器模擬輸出電壓線性化處理、氣體濃度顯示、報警、繼電器驅(qū)動子程序等； （ 4）硬軟件結(jié)合調(diào)試。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 2 章 總體方案設(shè)計 設(shè)計思路 本研究設(shè)計的酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)，采用燃料電池型酒精傳感器，通過該酒精傳感器檢測駕駛員呼出氣體的酒精含量，判斷是否超過安全駕駛標(biāo)準(zhǔn)，而且要求通過硬件系統(tǒng)處理，能夠顯示該酒精濃度，使駕駛員能夠清楚的看到已經(jīng)飲酒過度，所以需要選擇一種顯示儀器來顯示駕駛員呼出氣體酒精濃度值，基于這種要求，本次設(shè)計選用 LED 顯 示模塊。為了能夠警示駕駛員不要酒后駕駛，本系統(tǒng)中需要設(shè)計一種 報警系統(tǒng)，能夠在駕駛員欲酒后駕駛時，發(fā)出 警告提示 。該智能閉鎖系統(tǒng)的最主要功能是為了當(dāng)檢測到司機(jī)呼出氣體內(nèi)酒精濃度超標(biāo)時，能夠自動切斷汽車引擎電源，所以需要一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠自動的切斷汽車引擎電源，本次設(shè)計選用繼電器來達(dá)到這個目的，通過繼電器的動作來控制汽車引擎電源是否開啟。 通過選用本方案中的元件，該智能閉鎖系統(tǒng)能夠通過快速檢測駕駛員呼出氣體的酒精濃度是否超標(biāo)，通過單片機(jī)的放大、采集處理檢測駕駛員呼出氣體酒精 含量是否超標(biāo)，當(dāng)檢測到駕駛員飲酒過度時，能夠顯示酒精濃度值和 報警提示不要酒后駕車，并快速切斷汽車引擎電源，停止啟動發(fā)動機(jī) 。 系統(tǒng)方案設(shè)計 基于以 上的 構(gòu)思，設(shè)計了基于單片機(jī)的酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，如下圖所示： 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字量 控制轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)硬件原理框圖 下面對該系統(tǒng)做下簡單的介紹： 本系統(tǒng) 主要由電源模塊、酒精傳感器、 AT89 系列 單片機(jī)、 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、LED 顯示模塊、 報警模塊、 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， 放 大后經(jīng)過 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換 和 AT89C52 單片機(jī) 處理，當(dāng)檢測到酒精濃度超過標(biāo)定值時，能夠通過 LED 顯示 傳感器的輸出電壓值，并通過 報警 模塊 和驅(qū)動繼電器動作，切斷汽車引擎電源 。 酒精傳感器的選型 隨著科學(xué)的發(fā)展，酒精傳感器的種類越來越多，目前來說對氣體中酒精含量進(jìn)行檢測的設(shè)備主要有以下幾種類型：燃料電池型（電化學(xué)型）、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型 [6061]。下面主要介紹半導(dǎo)體型和燃料電池型酒精傳感器。半導(dǎo)體型采用氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器，這類半導(dǎo)體器件具有氣敏特性，當(dāng)接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加，它對外呈現(xiàn)的電阻值就降低，半導(dǎo)體型呼氣式酒精測試儀就是利用這個原理做成的。這種半導(dǎo)體在不同工作溫度時，對不同氣體敏感程度是不同的，因此對于半導(dǎo)體型呼氣酒精測試儀中一般都采用加熱元件，把傳 感器加熱到一定的溫度，在該溫度下，該傳感器對酒精具有最高的靈敏度 [61]。但是由于半導(dǎo)體型酒精傳感器感度低、不能精確計量、穩(wěn)定性和重復(fù)性差、以及功耗大 [6263]，所以國外很少用其現(xiàn)場 ,實(shí)時檢測司機(jī)是否酒后駕車。燃料電池型酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，A T 8 9 C 5 2 單 片 機(jī) LED 顯示 警告提示 驅(qū)動繼電器 酒精傳感器 電源供電 汽車引擎電源 放大器 A D C 0 8 0 9 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 在燃料室內(nèi)充滿了特種催化劑，它能使進(jìn)入燃料室內(nèi)的酒精充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，也就是在兩個電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負(fù)載上，此電壓與進(jìn)入燃料室內(nèi)的氣體的酒精濃度成正比。燃料電池型酒精傳感器屬于電化學(xué)類型，燃料電池是當(dāng)前世界上廣泛研究的環(huán)保型能源，它可以直接 把可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)變成電能，而不產(chǎn)生污染 [60， 64， 65]，作為酒精傳感器只是燃料電池的一個分支。燃料電池型酒精傳感器的特點(diǎn)：測量精度高，可測范圍寬。由于它只對酒精氣體反應(yīng)，所以任何其他非酒精氣體測量時給結(jié)果帶來的干擾都很小。另外，由于它對酒精氣體極其敏感，只要把環(huán)境溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，即使酒精濃度很低也能在其兩極產(chǎn)生微弱的電壓輸出。由于燃料電池型酒精傳感器具有穩(wěn)定性好、精度高、抗干擾性好的明顯優(yōu)點(diǎn) [6668]，可用來檢測機(jī)動車駕駛?cè)藛T是否飲酒和其它嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測，也可用在其它場所乙醇蒸汽的檢測。但此酒精傳感器的結(jié)構(gòu)要求非常精密，制造難度大，目前只有美國、英國、德國等少數(shù)幾個國家能夠生產(chǎn)。 目前普遍使用的酒精傳感器為半導(dǎo)體型和燃料電池型，這兩種酒精傳感器易于制造成便捷型呼氣式酒精測試器，適用于現(xiàn)場使用。國內(nèi)普遍使用半導(dǎo)體型酒精測試儀，因?yàn)樗闹饕獌?yōu)點(diǎn)是價格低廉，只是燃料電池型的幾分之一，但是它的性能遠(yuǎn)比燃料電池的要差，所以它通常用在要求不高的場合，如自我檢測或一般性定性檢測 [60]。但是對于應(yīng)用在汽 車領(lǐng)域，主要用來精確測量人體呼出氣體酒精含量的檢測，應(yīng)該需要完全符合 GA3072020 標(biāo)準(zhǔn)的燃料電池型酒精傳感器，確保對人體呼出酒精氣體進(jìn)行實(shí)時、精確定量檢測。基于本次設(shè)計要求和使用環(huán)境、成本等方面的考慮，本次課題選用燃料電池型酒精傳感器。 燃料電池型酒精傳感器的消耗電流小，并且通電初期的穩(wěn)定時間短，其電路部分僅需要電池就可以滿足供電需要，比半導(dǎo)體傳感器的精度高、靈敏度高、性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)，適宜用在檢驗(yàn)人體呼出氣體的酒精含量中。 單片機(jī)的選型 隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，如今越來越多的電子產(chǎn)品 向智能化、微型化、低功耗方向發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品需要實(shí)時控制和信號處理，要求電子設(shè)計技術(shù)需要有新的變革和飛躍，而以往的純數(shù)字電路設(shè)計系統(tǒng)工作量大、靈活性差、系統(tǒng)可靠性差。單片機(jī)的設(shè)計系統(tǒng)克服了純數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計中存在的缺陷，使電子電路設(shè)計有了新的飛躍 [69]。單片機(jī)將微處理器（ CPU）、存儲器（ ROM 和 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) RAM 等）、輸出 /輸入口（ I/O）、定時 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成在一塊集成電路芯片上，稱之為單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)（ MCU）。單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法。以前采用硬件 電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，單片機(jī)可以通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)從工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點(diǎn)等出發(fā)，向著增強(qiáng)控制功能、提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性、靈活方便的構(gòu)成應(yīng)用計算機(jī)系統(tǒng)界面接口的方向發(fā)展。其主要特點(diǎn)有品種多樣，型號繁多，性能提高，容量擴(kuò)大，低功耗，軟件應(yīng)用配套，具有系統(tǒng)擴(kuò)展和配置等。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括 :智能化家用電器、辦公自動化設(shè)備、商業(yè)營銷設(shè)備、工業(yè)自動化控制、智能化儀表、智能化通信產(chǎn)品、汽車電子產(chǎn)品、航空航天系統(tǒng)和高防軍事、尖端武器等領(lǐng)域 [70]。 目前最常用的是 AVR、 MCS5 PIC 系列單片 機(jī)。 51 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作的系統(tǒng)，稱作位處理器，能夠進(jìn)行的位傳送、置位、清零、測試、邏輯運(yùn)算等，功能完備。 51 系列的另外一個優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，給編程帶來方便 [7 Intel 公司 51 系列的典型產(chǎn)品是 8051，片內(nèi)有 4K 字節(jié)的一次性程序存儲器（ OTP）。 Atmel 公司就將其改為電可改寫的閃速存儲器（ Flash），容許改寫1000 次以上，這給編程和調(diào)試帶來極大的便利，其產(chǎn)品 AT89C5 AT89C52??等成為了當(dāng)今最流行的八位單片機(jī)。 PIC 系列單片機(jī)采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，指令流水線結(jié)構(gòu)，程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的訪問并行處理。但編程時分頁比較麻煩，擴(kuò)展能力比較弱。 AVR 是集合了 PIC 和 51 的優(yōu)勢的，指令周期比 PIC 還要快，性價比比 PIC要高， FLASH 在線編程比 PIC 方便，學(xué) AVR 會感到它的結(jié)構(gòu)跟 PIC 差不多，很多相似的，就是用 C 語言開發(fā)置位麻煩一點(diǎn)，位操作不如 PIC 和 51 方便，工業(yè)級也用的不廣，多用于儀器、通信上。 基于本設(shè)計要求的性價比以及所實(shí)現(xiàn)功能，選用 Atmel 公司的 AT89C52 單片機(jī)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選型 AD 轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 下面簡要介紹常用的幾種類型的基本原理及特點(diǎn)：積分型、逐次逼近型、并行比較型 /串并行型。 1）積分型（如 TLC7135） 積分型 AD 工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間 (脈沖寬度信號 )或頻率 (脈沖頻率 )，然后由定時器 /計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD 轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。 2）逐次比較型（如 ADC0808/ADC0809） 逐次比較型 AD 由一個比較器和 DA 轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從 MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置 DA 轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng) n 次比較而輸出 數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（ 12 位）時價格便宜，但高精度（ 12 位）時價格很高。 3）并行比較型 /串并行比較型（如 TLC5510） 并行比較型 AD 采用多個比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱 FLash(快速 )型。由于轉(zhuǎn)換速率極高， n 位的轉(zhuǎn)換需要 2n1 個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻 AD 轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。 串并行比較型 AD 結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由 2個 n/2 位的并行型 AD 轉(zhuǎn)換器配