【文章內(nèi)容簡介】 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。 系統(tǒng)方案設(shè)計 基于以上的構(gòu)思，設(shè)計了基于單片機的酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，如下圖所示： 數(shù)字量 控制轉(zhuǎn)換 A T 8 9 C 5 2 單 片 機 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 貴州大學(xué)課程設(shè)計論文 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、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。 本系統(tǒng)軟件整體設(shè)計思路采用模塊化設(shè)計，軟件有主模塊、 聲光報警模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、算法模塊、存儲模塊等組成。數(shù)據(jù)采集程序主要將接收到的數(shù)據(jù)送到 A/D 轉(zhuǎn)換器中處理，進而將數(shù)字信號輸入到單片機中；然后，一部分送到 LED 顯示，另一部分與設(shè)定值進行比較，當(dāng)其超過標(biāo)定值時，語音報警器提示駕駛員開車危險，使其提高警惕性，同時控制繼電器的動作，使汽車引擎不能啟動。其模塊框圖如下圖所示： 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，因為它的主要優(yōu)點是價格低廉，只是燃料電池型的幾分之一，但是它的性能遠比燃料電池的要差，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。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 GA30720xx 標(biāo)準(zhǔn)的燃料電池型酒精傳感器，確 貴州大學(xué)課程設(shè)計論文 保對人體呼出酒精氣體進行實時、精確定量檢測?；诒敬卧O(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，適宜用在檢驗人體呼出氣體的酒精含量中。 目前最常用的是 AVR、 MCS5 PIC 系列單片機。 51 系列單片機的優(yōu)點之一是它從內(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，能夠進行的位傳送、置位、清零、測試、邏輯運算等，功能完備。 51 系列的另外一個優(yōu)點是乘法和除法指令，給編程帶來方便。 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）。At mel 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。 PIC 系列單片機采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快，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，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現(xiàn)功能，選用 Atmel 公司的 AT89C52 單片機。 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。基于本次設(shè)計的要求，選用 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。 0809 是一款 8 通道復(fù)用的 8 位 AD 轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵部分是它的 8 位 貴州大學(xué)課程設(shè)計論文 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器。這個部分主要是由 3 部分組成： 256R 的階梯網(wǎng)絡(luò)，連續(xù)逼近的電阻，和比較器。連續(xù)逼近電阻（ SAR）通過 8 次迭代去大約逼近輸入電壓，只 要輸出是幾位，那么就需要幾次迭代。 SAR 通過 8 組開關(guān)組和比較器完成獲取輸入電壓對應(yīng)參考電壓的數(shù)字信號。 AD 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 1）分辯率 (Resolution) 指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與 2n 的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。 2） 轉(zhuǎn)換速率 (Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的 AD 轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù)。積分型 AD 的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速 AD，逐次比 較型 AD是微秒級屬中速 AD，全并行 /串并行型 AD 可達到納秒級。采樣時間 則是另外一個概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率 (Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是 ksps 和 Msps，表 示每秒采樣千 /百萬次（ kilo / Million Samples per Second）。 貴州大學(xué)課程設(shè)計論文 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件是整個系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，本系統(tǒng)硬件電路主要由酒精 傳感器測試電路、信號放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、單片機最小系統(tǒng)、控制電路、顯示電路、語音報警電路及光電報警電路組成，各部分設(shè)計如下。 酒精傳感器測試電路的設(shè)計 MR513型氣敏元件通過氣體吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面而產(chǎn)生熱傳導(dǎo)變化及電傳導(dǎo)變化的原理，由白金線圈電阻值變化測定氣體濃度。 MR513 由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃氣體時檢測元件電阻減小，橋路輸出電壓變化，該電壓變化隨氣體濃度增大而成比例增大，補償元件起參比及溫度補償作用。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。當(dāng)氣敏傳感器的敏 感體電阻阻值發(fā)生變化時，對應(yīng)的電位器的分壓值也會發(fā)生相應(yīng)的變化，即一個電壓值對應(yīng)著一個被測酒精氣體濃度。對酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為電位器分壓的采樣。 MR 酒精傳感器對乙醇蒸氣有很高的靈敏度和良好的選擇性，具有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，具有長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性，具有簡單的驅(qū)動回路等特點。在采樣硬件電路中實際要考慮到 MR 的實際參數(shù)，應(yīng)為實驗所用的 MR 在預(yù)熱 5 到10 分鐘后。傳感器測試電路如下圖： 貴州大學(xué)課程設(shè)計論文 信號采集放大電路設(shè)計 本次選用的酒精傳感器為燃料電池型酒精傳感器，該燃料電池型酒精傳感器基于電 化學(xué)原理制備而成，電路僅需要電池就可以滿足其工作。傳感器輸出為模擬電壓信號，首先通過儀表放大器 LM339 放大，最后把已放大的模擬電壓信號傳輸至 ADC0809 的輸入端進行模數(shù)轉(zhuǎn)換 (A/D)。儀 表放大器選用的是LM339,LM339 集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是： 1：失調(diào)電壓小，典型值為 2mV； 2：電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為177。 1V177。 18V； 3：對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬； 4：共模范圍很大，為 0~（ ） Vo； 5：差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源 電壓； 6：輸出端電位可靈活方便地選用。 LM339 類似于增益不可調(diào)的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“ +”表示，另一個稱為反相輸入端，用“ ”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339 輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當(dāng)“ +”端電壓高于“ ”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“ ”端電壓高于“ +”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于 10mV 就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此 ，把 LM339 用在弱信號檢測等場合是比較理想的。 LM339 的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻