【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 7 感器的選型 9 的選型 10 換芯片的選型 11 本章小結(jié) 12 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 酒精傳感器測(cè)試電路的設(shè)計(jì) 13 信號(hào)采集放大電路設(shè)計(jì) 15 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 16 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 的性能特點(diǎn) 16 單片機(jī)最小系統(tǒng) 19 路設(shè)計(jì) 19 路設(shè)計(jì) 20 AT89 系列微控制器的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 20 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 25 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 26 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 27 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 28 軟件整體設(shè)計(jì)思路 28 主程序模塊的設(shè)計(jì) 28 控制子程序 29 數(shù)據(jù)采集及處理模塊 30 繼電器驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì)及流程圖 31 第五章 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 33 51 系列單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)及調(diào)試工具 33 硬件調(diào)試及硬件系統(tǒng)仿真工具 33 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)試 34 報(bào)警模塊、繼電器控制子程序的調(diào)試 34 仿真電路圖及仿真結(jié)果 35 硬件電路連接及程序下載、系統(tǒng)軟硬件合成調(diào)試 37 第六章 結(jié)論及展望 38 結(jié)論 38 展望 38 致 謝 40 參考文獻(xiàn) 41 附錄 A 外文翻譯（英） 43 附錄 B 外文翻譯（ 中） 49 附件 C 硬件電路原理圖 55 附錄 D PCB 印制電路圖、實(shí)物圖 56 附件 E 匯編程序清單 57 緒論 課題研究的目的及意義 課題研究的目的 近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，私家車(chē)也越來(lái)越多，各種應(yīng)酬隨之而來(lái)，“酒”這東西貼近了我們的生活。而酒后駕車(chē)也頻頻發(fā)生，給人們的生活和生命安全帶來(lái)了巨大的傷害。據(jù)德國(guó)一家調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球汽車(chē)（包括個(gè)人用車(chē)和商用車(chē)）保有量最遲到 2020 年將突破 10 億量 [1]。隨著汽車(chē)保有量的增加，交通事故也在不斷的增加，全世界每年約有 120 萬(wàn)人死于道路交通事故，受傷者多達(dá) 5000 萬(wàn)人，同時(shí)全球道路交通事故每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為 5180 億美元，可見(jiàn)道路交通安全問(wèn)題已成為全球性的主題 [23]。隨著汽車(chē)使用量的增加和道路交通事業(yè)的發(fā)展，也給社會(huì)帶來(lái)了負(fù)面影響，其中道路交通事故就是其中之一 [4]。目前我國(guó)汽車(chē)保有量約占世界的 2%，但交通事故死亡人數(shù)卻占 15%左右 ，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比（參見(jiàn)表 1），我國(guó)的道路交通安全形式嚴(yán)峻 [56]。截至到 2020 年，雖然我國(guó)加強(qiáng)了預(yù)防交通事故的措施，但是交通事故數(shù)量還是相當(dāng)驚人（如表 2 所示） [7]。 國(guó)家比例對(duì)比 汽車(chē)保有量 事故死亡率 中國(guó) /世界 % 17% 中國(guó) /美國(guó) 1:16 36:1 中國(guó) /日本 1:9 22:1 表 1 交通安全數(shù)據(jù)比較 表 2 20202020 期間全國(guó)交通事故起數(shù)和死亡人數(shù) 年份 交通事故起數(shù)（起） 死亡人數(shù)（人） 2020 517899 107077 2020 450254 98738 2020 378781 89455 2020 327209 81649 2020 265565 73990 據(jù)世界衛(wèi)生組織的事故調(diào)查顯示，大約 50%60%的交通事故與酒后駕駛有關(guān)。酒后駕駛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織列為車(chē)禍致死的首要原因。在我國(guó)，母國(guó)勇分析了我國(guó) 2020 年交通事故原因，明顯指出駕駛員是造成交通事故的主要原因（如表 3） [8]。牟建霖指出我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員酒后駕車(chē)約占 20%，每年因酒后駕車(chē)發(fā)生交通事故死亡人數(shù)超過(guò) 5000 人 [9]。趙衛(wèi)興，高巖等人分析了 1994～ 2020 年酒后駕駛死亡人數(shù)占交通事故總死亡人數(shù)的比例，指出該比例從 1994 年的 2%上升到 2020 年的 %，平均每年以 %的速度增長(zhǎng)，可見(jiàn)酒后駕車(chē)的危害觸目驚心，已經(jīng)成為引 發(fā)交通事故的罪魁禍?zhǔn)?[10]。 表 3 2020 年道路交通事故原因分析 項(xiàng)目 機(jī)動(dòng)車(chē)原因 機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員 非機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員 行人、乘車(chē)人 道路 其它 事故（ %） 死亡（ %） 為了能夠有效的防止酒后駕駛造成的此類(lèi)危害，研究一種酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)是非常必要的，從而能夠強(qiáng)制性防止酒后駕車(chē)，降低交通事故的發(fā)生率。對(duì)于酒后駕車(chē)這種現(xiàn)象，張瑋指出雖然各個(gè)國(guó)家都對(duì)酒后駕車(chē)執(zhí)行了嚴(yán)格的規(guī)定 [1113]，但是還有很多人不能?chē)?yán)格遵守這個(gè)規(guī)定，酒后駕車(chē)事件還是很頻繁，因此研究這種能夠自動(dòng)防止酒后駕車(chē)的裝置更為必要。本研究設(shè)計(jì)的智能閉鎖系統(tǒng)，能夠通過(guò)高敏度的呼氣式酒精傳感器，通過(guò)檢測(cè)司機(jī)呼出氣體的酒精含量當(dāng)檢測(cè)到司機(jī)呼出氣體內(nèi)酒精含量超標(biāo)時(shí)，能夠阻止駕駛員開(kāi)啟汽車(chē)引擎，使汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)，同時(shí)語(yǔ)音報(bào)警，提醒駕駛員“注意安全，不要酒后駕車(chē)”，從而有效減少交通事故的發(fā)生，提高我國(guó)道路安全水平，更好地保障我們的交通秩序，保護(hù)人們的出行安全，構(gòu)建和諧的交通環(huán)境。 課題研究的意義 據(jù)來(lái)自某國(guó)際組織的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì) 數(shù)據(jù)顯示：每 33 分鐘就會(huì)有一人死于與飲酒有關(guān)的交通事故。盡管有大多數(shù)人認(rèn)為酒后駕車(chē)釀成的交通事故永遠(yuǎn)不可能發(fā)生在自己的身上，但專家的統(tǒng)計(jì)結(jié)果證明：在每個(gè)人的一生中卷入與喝酒有關(guān)的交通事故的可能性為 30%。顯而易見(jiàn)，飲酒與開(kāi)車(chē)是多么可怕的致命結(jié)合，正是由于酒后開(kāi)車(chē)這個(gè)“罪魁禍?zhǔn)住笔沟靡荒荒槐静辉摪l(fā)生的慘劇接連上演，造成一個(gè)個(gè)幸福美滿的家庭支離破碎。雖然我國(guó)現(xiàn)行法律規(guī)定對(duì)酒后駕車(chē)造成重大傷亡事故的肇事者，追究其刑事責(zé)任，但是對(duì)沒(méi)有造成重大傷亡事故的酒后駕車(chē)者的懲罰比較低，最多也只是拘留 15 天處罰 [9,14]。 由于這種輕微的處罰根本不足以引起駕駛員的重視，因此酒后駕車(chē)者還是比較多。酒精在人體血液內(nèi)達(dá)到一定濃度時(shí)，人對(duì)外界的反應(yīng)能力及控制能力就會(huì)下降，尤其是處理緊急情況的能力下降。駕駛員血液中酒精含量越高，發(fā)生撞車(chē)意外的機(jī)會(huì)越高。 根據(jù)來(lái)自 4538 位新浪網(wǎng)友的調(diào)查顯示，有 %的被調(diào)查者同意酒后駕駛屬于違法行為，但在被問(wèn)及是否有過(guò)酒后駕駛行為時(shí)，僅有 %的被調(diào)查者從未有過(guò)酒后駕車(chē)的行為。在被問(wèn)及酒后駕駛?cè)藛T存在何種心理時(shí)，有 %的被調(diào)查者認(rèn)為酒后駕駛?cè)藛T過(guò)高的相信自己的駕駛技術(shù)， %的 被調(diào)查者認(rèn)為酒后駕駛?cè)藛T的安全意識(shí)不強(qiáng)。另外，有 %的被調(diào)查者認(rèn)為酒后駕駛?cè)藛T存在僥幸心理。 針對(duì)這種現(xiàn)象，很有必要研究一種專門(mén)協(xié)助司機(jī)安全駕駛的輔助工具，即防酒后駕駛的智能閉鎖裝置，能夠適時(shí)提醒司機(jī)安全駕駛，更避免了因盲目自信而導(dǎo)致的交通事故，創(chuàng)造人類(lèi)的美好生活和社會(huì)的和諧。 預(yù)防酒駕國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外研究現(xiàn)狀 （ 1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)酒金含量的方法 針對(duì)司機(jī)酒后駕車(chē)事故頻繁的現(xiàn)象，國(guó)外最早開(kāi)始研發(fā)針對(duì)酒后駕駛的酒精測(cè)試儀。 1957 年 1 月 23 日，世界上第一臺(tái)醉酒呼吸分析儀在瑞典首次投入使 用，它可以當(dāng)場(chǎng)直接測(cè)試。它能檢測(cè)出司機(jī)呼出氣體中的酒精含量，并將這一結(jié)果顯示于儀器的顯示屏上。交警據(jù)此判斷該司機(jī)是否酒后駕駛。目前，英國(guó)、澳大利亞、比利時(shí)、法國(guó)、荷蘭、新西蘭、西班牙、瑞典等歐洲國(guó)家，普遍采用的辦法是在交通事故現(xiàn)場(chǎng)，交警隨身攜帶呼氣式酒精測(cè)試儀，對(duì)司機(jī)呼出氣體中的酒精含量進(jìn)行快速檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行事故處理并給予駕駛員一定的懲罰。 為了能夠協(xié)助駕駛員主動(dòng)測(cè)試是否酒后駕駛，國(guó)外許多國(guó)家先后研究了用于汽車(chē)上的不同酒后測(cè)試辦法。 （ 2）車(chē)載檢測(cè)駕駛員是否飲酒技術(shù) 英國(guó)布里斯托爾大學(xué)生理學(xué)家霍爾 瓦特設(shè)計(jì)了一種高智能座駕，其上裝有一套名為“個(gè)人警察”的監(jiān)察系統(tǒng)，由紅外線攝像機(jī)、感應(yīng)器和帶有電腦分析功能的“小黑箱”組成。通過(guò)“小黑箱”攝像機(jī)錄制的司機(jī)眼球活動(dòng)情況以及感應(yīng)器偵察到的方向盤(pán)扭轉(zhuǎn)動(dòng)作集中起來(lái)進(jìn)行分析，從分析方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)情況儀器中獲得的信息與從掃描司機(jī)瞳孔移動(dòng)裝置獲得的信息發(fā)生聯(lián)系并進(jìn)行比較，通過(guò)這一對(duì)照完全可以確定司機(jī)是否頭腦清醒。根據(jù)司機(jī)審視行車(chē)方向長(zhǎng)短，判定司機(jī)的醉酒程度。 意大利主要方法是在車(chē)上配備酒精檢測(cè) MEMS 傳感器，將 MEMS 傳感器置于方向盤(pán)的中間位置，酒精檢測(cè) MEMS 傳感器將元件植入在直徑 8mm 的密封外殼內(nèi)、連同信號(hào)處理電路等一起嵌入方向盤(pán)內(nèi)，通過(guò)該傳感器檢測(cè)駕駛員呼出氣體的酒精含量。 瑞典紳寶用附帶酒精檢測(cè)功能的鑰匙組件“ Alcokey”，在汽車(chē)遙控器內(nèi)部嵌入小型酒精測(cè)試器，當(dāng)司機(jī)按下遙控車(chē)鑰匙的時(shí)候，該探測(cè)器就會(huì)同時(shí)開(kāi)始工作。檢測(cè)司機(jī)飲酒度的方法是：司機(jī)必須向測(cè)酒鑰匙的底部呼氣檢測(cè)呼氣酒精含量。 最近瑞典豪華品牌沃爾沃汽車(chē)公司推出車(chē)載酒精檢測(cè)系統(tǒng)，它通過(guò)一個(gè)無(wú)線手持設(shè)備檢測(cè)駕駛者呼出空氣中的酒精含量，從而判斷駕駛者血液中的酒精濃度。 而日產(chǎn)的反酒后駕駛控制系 統(tǒng)命名為 Carwings 的車(chē)載藍(lán)牙綜合安全系統(tǒng)，該套系統(tǒng)主要是把酒精測(cè)試聲納安置在變檔器上，可以通過(guò)對(duì)眨眼情況探測(cè)分析出司機(jī)清醒狀態(tài)的面部識(shí)別系統(tǒng)，以及對(duì)駕駛情形進(jìn)行探測(cè)分析，系統(tǒng)可以做出感應(yīng)。日本汽車(chē)業(yè)巨頭豐田將研制一種裝在機(jī)動(dòng)車(chē)輛上的防酒后駕駛系統(tǒng)。 （ 3 車(chē)載防止酒后駕駛技術(shù) 英國(guó)通過(guò)車(chē)載“個(gè)人警察”的監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)司機(jī)審視行車(chē)方向的長(zhǎng)短，從而來(lái)判斷司機(jī)的醉酒程度，來(lái)判斷是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)或使汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)。意大利通過(guò)置于方向盤(pán)內(nèi)的 MEMS 酒精傳感器檢測(cè)駕駛員呼出氣體酒精濃度，當(dāng)檢測(cè)其超過(guò)安全駕駛 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，使汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)。瑞典紳寶主要方法是利用帶有酒精檢測(cè)功能的鑰匙組件“ Alcokey”，當(dāng)司機(jī)按下遙控車(chē)鑰匙時(shí)，該探測(cè)器就開(kāi)始工作，司機(jī)必須向測(cè)酒鑰匙底部呼氣，當(dāng)檢測(cè)到呼氣酒精含量超標(biāo)時(shí)，無(wú)法向車(chē)輛控制組件發(fā)出解除警報(bào)信號(hào)，從而使汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)。沃爾沃的車(chē)載酒精檢測(cè)系統(tǒng)，是把該檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)果通過(guò)無(wú)線傳感技術(shù)傳給汽車(chē)的電子控制系統(tǒng)單元，當(dāng)酒精含量超過(guò)系統(tǒng)中的設(shè)定值的上線，該系統(tǒng)將阻止啟動(dòng)動(dòng)機(jī)。而日產(chǎn)的防酒后駕駛控制系統(tǒng)通過(guò)變檔器上的探測(cè)聲納探測(cè)司機(jī)手上的汗液中含有酒精，便會(huì)自動(dòng)上鎖，并通過(guò)車(chē)內(nèi)的聲音報(bào)警發(fā)出 “酒后駕車(chē)”的聲音提示，該系統(tǒng)還可以通過(guò)對(duì)司機(jī)的臉部活動(dòng)和行車(chē)狀況探測(cè)出司機(jī)是否酒后駕車(chē)，并會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，并自動(dòng)收緊安全帶，同時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)中顯示“不要酒后駕車(chē)”信息。 究現(xiàn)狀 酒后駕車(chē)嚴(yán)重危害交通安全，為檢查醉駕，警察常常使用一種便攜式的酒精呼吸檢測(cè)儀，我國(guó)警方目前使用的酒精呼吸檢測(cè)儀只能初步顯示駕駛員是否飲酒，有醉駕嫌疑的駕駛員還需要接受血檢，以確定其體內(nèi)酒精含量是否超標(biāo)。 如何做到防范于未然？近年來(lái)，我國(guó)也開(kāi)始逐步采用科技手段防止酒后駕駛。青島盛源達(dá)電子科技有限公司最新研究開(kāi)發(fā)、投入生產(chǎn)的“汽車(chē)酒 后控駕防盜器”是國(guó)內(nèi)新型高新技術(shù)。具有酒后報(bào)警控制駕駛和高級(jí)防盜雙重功能，該技術(shù)已申請(qǐng)國(guó)家專利。酒后控駕防盜器是一款汽車(chē)專用酒后安全駕駛的檢測(cè)和預(yù)防設(shè)備，同時(shí)具有高級(jí)防盜功能。在車(chē)輛上安裝酒后控駕防盜器之后，駕駛?cè)藛T在車(chē)輛啟動(dòng)前需要進(jìn)行吹氣檢測(cè)，當(dāng)呼出的氣體中酒精濃度高于國(guó)家交通部門(mén)制定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能及時(shí)斷開(kāi)點(diǎn)火電路和發(fā)出報(bào)警聲，并用延時(shí)裝置使駕駛?cè)藛T能有機(jī)會(huì)休息以便醒酒，能有效地防止酒后駕車(chē)，該設(shè)備不受同車(chē)飲酒人員的影響。若從機(jī)動(dòng)車(chē)上取下設(shè)備，即使有鑰匙汽車(chē)也無(wú)法發(fā)動(dòng)，為汽車(chē)增加了一層安全保險(xiǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了防 盜功能。本產(chǎn)品采用呼出氣體酒精含量測(cè)試儀是專用于測(cè)試人體呼出氣體中酒精含量的儀器。本機(jī)敏感元件采用兆度電子先進(jìn)的納米半導(dǎo)體熱線型酒精傳感器，具有極好的靈敏度和出色的重復(fù)性；測(cè)試程序由人工智能設(shè)計(jì)的微電腦控制。 我國(guó)對(duì)于這方面的研究還是相對(duì)比較少，香港一家公司發(fā)明了一種名為 i―KEY 的車(chē)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(chē)鑰匙上，從外觀看，它比正常的車(chē)鑰匙多了一條鎖棒。使用時(shí)，司機(jī)要先按 i― KEY 上的開(kāi)始按鈕，綠色準(zhǔn)備燈亮了之后，對(duì)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(shí)，它會(huì)立即開(kāi)鎖，把鎖棒收起來(lái)，車(chē)鑰匙便能順利插入鑰匙孔，啟動(dòng)引擎。否則，鑰匙將亮起紅燈，鎖棒便不能收起來(lái)，汽車(chē)將無(wú)法啟動(dòng)。 目前，國(guó)家交通技術(shù)領(lǐng)域正在開(kāi)發(fā)研究駕駛行為監(jiān)控預(yù)警技術(shù)和裝備，研究?jī)?nèi)容：駕駛狀態(tài)及車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)與環(huán)境實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，異常駕駛狀態(tài)實(shí)時(shí)識(shí)別技術(shù)，駕駛意圖、行為預(yù)測(cè)及違規(guī)操作判別技術(shù)，危險(xiǎn)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(guò)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(cè)預(yù)警系統(tǒng)與裝置，形成駕駛?cè)诵袨榈膶?shí)時(shí)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(kāi)發(fā)適用于駕駛行為監(jiān)控系統(tǒng)原型樣機(jī)，并將通過(guò)實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 研究?jī)?nèi)容 本課題主要研究一種能自動(dòng)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(guò)呼氣式酒精傳感器測(cè)試司機(jī)呼出氣體的酒精含量，并且能夠通過(guò)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(guò)安全駕駛標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能夠報(bào)警，并通過(guò)繼電器切斷汽車(chē)引擎的電源，使汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)。 本研究主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： （ 1）設(shè)計(jì)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(jì)自動(dòng)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(hào)采集放大電路、AT89C52 微控制器接口電路、報(bào)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