基于单片机防酒后驾驶控制系统设计毕业设计.doc

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兰明
张海云
软件学院
基于单片机防酒后驾驶控制系统设计
毕业设计（论文）诚信声明
本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。就我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本设计（论文）中不包含其别人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。
如在文中涉及抄袭或抄袭行为，本人愿承担由此而导致的一切后果及责任。
本人署名

导师署名
年 月 日
华东交通大学毕业设计（论文）任务书
姓名
张海云
学号
18
毕业届别
2023
专业
软件+机电
毕业设计（论文）题目
基于单片机防酒后驾驶控制系统设计
指导教师
兰明
学 历
研究生
职 称
实验师
具体规定：
（1）基本规定：应用单片机技术设计一个基于单片机的防酒后驾驶控制系统设计。系统能通过高灵敏度的呼气式酒精传感器检测司机的酒精摄入量，当司机体内酒精浓度超标时，控制系统会自动切断汽车启动系统，使汽车无法正常启动。系统可显示司机摄入的酒精浓度，并具有实时监测和光电、语音报警功能。
（2）创新性规定：可以使用Protel 99 SE绘制电路原理图和印刷电路板PBC；可以应用Keil uVision源代码编辑、调试；最后进行软件和硬件总调试，将HEX文献下载到单片机内。完毕论文的写作。有条件的情况下，做成产品。
1、功能逻辑框图一张2、原理图纸一张（具体元器件引脚连接）3、印刷电路板一张4、程序流程图一张
进度安排：
（2023年）第13~18周 审题、调研，收集文献资料，了解系统开发（单片机综合应用）的意义及需求、熟炼掌握Protel 99 SE和Keil uVision2两应用软件的使用。
（2023年）第1~3周 开题报告、英文资料的翻译
第4周 配置开发环境并熟悉该环境下的编程语言（汇编语言或C语言）
第5~9周 硬件设计（原理图和印刷电路板）、编写程序代码
第10~11周 调试、修改程序
第12~14周 撰写论文初稿
第15周 整理论文初稿，排版并打印初稿
第16周 修改论文，定终稿，并准备论文答辨
指导教师签字：
年 月 日
系意见：
教研室主任签字：
年 月 日
题目发出日期
设计（论文）起止时间
附注：
学院意见：
批准发布题目 □是 □否
毕业设计领导小组组长签章：
华东交大毕业设计（论文）开题报告书
课题名称
基于单片机防酒后驾驶控制系统设计
课题来源
B
课题类型
Y
导 师
兰 明
学生姓名
张海云
学 号
18
专 业
软件+机电
开题报告内容:
一、选题意义
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。而酒后驾车也屡屡发生，给人们的生活和生命安全带来了巨大的伤害。据德国一家调研机构预测，全球汽车（涉及个人用车和商用车）保有量最迟到 2023 年将突破 10 亿量。随着汽车保有量的增长，交通事故也在不断的增长，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导致的直接经济损失为 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长和道路交通事业的发展，也给社会带来了负面影响，其中道理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 2023 年，虽然我国加强了防止交通事故的措施，但是交通事故数量还是相称惊人。
2023年世界卫生组织的事故调查报告显示，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因素。在我国，母国勇分析了我国2023 年交通事故因素，明显指出驾驶员是导致交通事故的重要因素。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 1994～2023 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%%，%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。刘水桂，何作顺指出，据世界卫生组织预测，到2023年道路交通事故伤害将成为全球第3位疾病，人、车、路三者在特定的环境里构成其成因，特别是驾驶员，是导致车祸的重要因素，而驾驶员酒后驾驶又是其中的重要因素。
为了可以有效的防止酒后驾驶导致的此类危害，研究一种酒后驾驶智能闭锁系统是非常必要的，从而可以强制性防止酒后驾车，减少交通事故的发生率。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，但是尚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，因此研究这种可以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，可以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，可以阻止驾驶员启动汽车引擎，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，更好地保障我们的交通秩序，保护人们的出行安全，构建和谐的交通环境。
据来自某录数据显示：每33分钟就会有一人死于与饮酒有关的交通事故。尽管有大多数人认为酒后驾车酿成的交通事故永远不也许发生在自己的身上，但专家的记录结果证明：在每个人的一生中卷入与喝酒有关的交通事故的也许性为30%。显而易见，饮酒与开车是多么可怕的致命结合，正是由于酒后开车这个“罪魁祸首”使得一幕幕本不该发生的惨剧接连上演，导致一个个幸福美满的家庭支离破碎。虽然我国现行法律规定对酒后驾车导致重大伤亡事故的肇事者，追究其刑事责任，但是对没有导致重大伤亡事故的酒后驾车者的处罚比较低，最多也只是拘留15天处罚 。由于这种轻微的处罚主线局限性以引起驾驶员的重视，因此酒后驾车者还是比较多。酒精在人体血液内达成一定浓度时，人对外界的反映能力及控制能力就会下降，特别是解决紧急情况的能力下降。驾驶员血液中酒精含量越高，发生撞车意外的机会越高。
根据来自4538位新浪网友的调查显示，%的被调查者批准酒后驾驶属于违法行为，但在被问及是否有过酒后驾驶行为时，%的被调查者从未有过酒后驾车的行为。在被问及酒后驾驶人员存在何种心理时，%的被调查者认为酒后驾驶人员过高的相信自己的驾驶技术，%的被调查者认为酒后驾驶人员的安全意识不强。此外，%的被调查者认为酒后驾驶人员存在侥幸心理。
针对这种现象，很有必要研究一种专门协助司机安全驾驶的辅助工具，即防酒后驾驶的智能闭锁装置，可以适时提醒司机安全驾驶，更避免了因盲目自信而导致的交通事故，发明人类的美好生活和社会的和谐，中国梦——美丽中国。
二、国内外发展现状
国外研究现状

针对司机酒后驾车事故频繁的现象，国外最早开始研发针对酒后驾驶的酒精测试仪。1957 年 1 月 23 日，世界上第一台醉酒呼吸分析仪在瑞典初次投入使用，它可以当场直接测试。它能检测出司机呼出气体中的酒精含量，并将这一结果显示于仪器的显示屏上。交警据此判断该司机是否酒后驾驶。目前，英国、澳大利亚、比利时、法国、荷兰、新西兰、西班牙、瑞典等欧洲国家，普遍采用的办法是在交通事故现场，交警随身携带呼气式酒精测试仪，对司机呼出气体中的酒精含量进行快速检测，根据检测结果进行事故解决并给予驾驶员一定的处罚。 为了可以协助驾驶员积极测试是否酒后驾驶，国外许多国家先后研究了用于汽车上的不同酒后测试办法。

英国布里斯托尔大学生理学家霍尔瓦特设计了一种高智能座驾，其上装有一套名为“个人警察”的监察系统，由红外线摄像机、感应器和带有电脑分析功能的“小黑箱”组成。通过“小黑箱”摄像机录制的司机眼球活动情况以及感应器侦察到的方向盘扭转动作集中起来进行分析，从分析方向盘转动情况仪器中获得的信息与从扫描司机瞳孔移动装置获得的信息发生联系并进行比较，通过这一对照完全可以拟定司机是否头脑清醒。根据司机审阅行车方向长短，鉴定司机的醉酒限度。
意大利重要方法是在车上配备酒精检测 MEMS 传感器，将 MEMS 传感器置于方向盘的中间位置，酒精检测 MEMS 传感器将元件植入在直径 8mm 的密封外壳内、连同信号解决电路等一起嵌入方向盘内，通过该传感器检测驾驶员呼出气体的酒精含量。
瑞典绅宝用附带酒精检测功能的钥匙组件“Alcokey”，在汽车遥控器内部嵌入小型酒精测试器，当司机按下遥控车钥匙的时候，该探测器就会同时开始工作。检测司机饮酒度的方法是：司机必须向测酒钥匙的底部呼气检测呼气酒精含量。 最近瑞典豪华品牌沃尔沃汽车公司推出车载酒精检测系统，它通过一个无线手持设备检测驾驶者呼出空气中的酒精含量，从而判断驾驶者血液中的酒精浓度。
而日产的反酒后驾驶控制系统命名为 Carwings 的车载蓝牙综合安全系统，该套系统重要是把酒精测试声纳安顿在变档器上，可以通过对眨眼情况探测分析出司机清醒状态的面部辨认系统，以及对驾驶情形进行探测分析，系统可以做出感应。日本汽车业巨头丰田将研制一种装在机动车辆上的防酒后驾驶系统。

英国通过车载“个人警察”的监控系统，根据司机审阅行车方向的长短，从而来判断司机的醉酒限度，来判断是否发出报警信号或使汽车无法启动。意大利通过置于方向盘内的 MEMS 酒精传感器检测驾驶员呼出气体酒精浓度，当检测其超过安全驾驶标准时，使汽车无法启动。瑞典绅宝重要方法是运用带有酒精检测功能的钥匙组件“Alcokey”，当司机按下遥控车钥匙时，该探测器就开始工作，司机必须向测酒钥匙底部呼气，当检测到呼气酒精含量超标时，无法向车辆控制组件发出解除警报信号，从而使汽车无法启动。沃尔沃的车载酒精检测系统，是把该检测系统的结果通过无线传感技术传给汽车的电子控制系统单元，当酒精含量超过系统中的设定值的上线，该系统将阻止启动动机。而日产的防酒后驾驶控制系统通过变档器上的探测声纳探测司机手上的汗液中具有酒精，便会自动上锁，并通过车内的声音报警发出“酒后驾车”的声音提醒，该系统还可以通过对司机的脸部活动和行车状况探测出司机是否酒后驾车，并会发出报警声，并自动收紧安全带，同时导航系统中显示
“不要酒后驾车”信息。

酒后驾车严重危害交通安全，为检查醉驾，警察经常使用一种便携式的酒精呼吸检测仪，我国警方目前使用的酒精呼吸检测仪只能初步显示驾驶员是否饮酒，有醉驾嫌疑的驾驶员还需要接受血检，以拟定其体内酒精含量是否超标。
如何做到防范于未然？近年来，我国也开始逐步采用科技手段防止酒后驾驶。青岛盛源达电子科技有限公司最新研究开发、投入生产的“汽车酒后控驾防盗器”是国内新型高新技术。具有酒后报警控制驾驶和高级防盗双重功能，该技术已申请国家专利。酒后控驾防盗器是一款汽车专用酒后安全驾驶的检测和防止设备，同时具有高级防盗功能。在车辆上安装酒后控驾防盗器之后，驾驶人员在车辆启动前需要进行吹气检测，当呼出的气体中酒精浓度高于国家交通部门制定的标准时，能及时断开点火电路和发出报警声，并用延时装置使驾驶人员能有机会休息以便醒酒，能有效地防止酒后驾车，该设备不受同车饮酒人员的影响。若从机动车上取下设备，即使有钥匙汽车也无法发动，为汽车增长了一层安全保险，从而实现了防盗功能。本产品采用呼出气体酒精含量测试仪是专用于测试人体呼出气体中酒精含量的仪器。本机敏感元件采用兆度电子先进的纳米半导体热线型酒精传感器，具有极好的灵敏度和杰出的反复性；测试程序由人工智能设计的微电脑控制。
我国对于这方面的研究还是相对比较少，香港一家公司发明了一种名为 i—KEY 的车钥匙，可以有效而方便地防止醉酒驾驶。这种钥匙将感应器、远程信息解决等技术整合在车钥匙上，从外观看，它比正常的车钥匙多了一条锁棒。使用时，司机要先按 i—KEY 上的开始按钮，绿色准备灯亮了之后，对着气孔吹气约两秒钟。当呼出气体的酒精含量低于规定值时，它会立即开锁，把锁棒收起来，车钥匙便能顺利插入钥匙孔，启动引擎。否则，钥匙将亮起红灯，锁棒便不能收起来，汽车将无法启动。 目前，国家交通技术领域正在开发研究驾驶行为监控预警技术和装备，研究内容：驾驶状态及车辆运营状态与环境实时检测技术，异常驾驶状态实时辨认技术，驾驶意图、行为预测及违规操作判别技术，危险驾驶行为的预警方法与技术，驾驶行为监控预警系统集成技术。研究目的：通过研发异常驾驶状态、违规操作、不良驾驶习惯等检测预警系统与装置，形成驾驶人行为的实时监控技术，为有效减少道路交通事故提供技术支撑，从而开发合用于驾驶行为监控系统原型样机，并将通过实车实验验证。
三、基于单片机防酒后驾驶控制系统简介及工作原理

该系统由酒精传感器、ADC0809转换器、89C52单片机控制器、语音报警、LED显示、继电器以及电机等构成。重要研究了对不同的区间浓度和电压转换关系做线性化解决。将采集到的模拟电压信号经A/D转换，送入单片机，通过单片机进行控制计算输出控制信号；当司机体内酒精浓度超标时，该系统可以自动切断汽车启动系统电源，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。
该系统需要驾车者在汽车点火前先进行吹气测试，假如测试结果超过安全水平，汽车将不能启动，该装置可以用来防止有酒后驾车的人再次犯错。

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，并且规定通过硬件系统解决，可以显示该酒精浓度，使驾驶员可以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，基于这种规定，本次设计选用LED显示模块。为了可以警示驾驶员不要酒后驾驶，本系统中需要设计一种报警系统，可以在驾驶员欲酒后驾驶时，发出警告提醒。该智能闭锁系统的最重要功能是为了当检测到司机呼出气体内酒精浓度超标时，可以自动切断汽车引擎电源，所以需要一种执行机构可以自动的切断汽车引擎电源，本次设计选用继电器来达成这个目的，通过继电器的动作来控制汽车引擎电源是否启动。
通过选用本方案中的元件，该智能闭锁系统可以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、采集解决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，可以显示酒精浓度值和报警提醒不要酒后驾车，并快速切断汽车引擎电源，停止启动发动机。

随着交通行业技术的发展，以及汽车保有量的增长，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。随着我国公路运送业的发展，同其他国家相比，我国的道路交通安全形式更为严峻，特别是由酒后驾车导致的交通事故发生率比较高。因此，从积极安全角度出发，严禁酒后驾驶人员启动汽车引擎，成为在车辆发生事故之前排除隐患的重要研究课题。本文在研究国内外防止酒后驾驶技术的基础上，针对酒后驾车导致交通事故频发的事实，设计一种基于单片机的智能防酒后驾驶控制系统。系统先检测司机呼出气体酒精浓度，显示检测结果，并据此执行相应的控制。
四、课题设计内容
1．具体内容
（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、AT89C52 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解决、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。
2．设计工作量
使用Protel 99 SE绘制电路原理图和印刷电路板PBC
应用Keil uVision源代码编辑、调试；有条件的情况下，做成产品
设计计算说明书编写（初稿、终稿）各一本
五、方法及预期目的
方法：整个单片机应用系统的设计，分为硬件电路设计及软件编程设计两大部分。其中，硬件设计部分涉及酒精传感器、A/D转换器与单片机接口电路设计、单片机及存储器电路设计、显示电路设计、报警电路设计等；软件设计部分涉及系统主程序设计、数据采集及数字滤波子程序设计、酒驾预警子程序设计、显示及报警子程序设计等，均采用51系列汇编语言编程实现。
预期目的：拟定酒精传感器超标酒精最低浓度，完毕对驾驶员酒精浓度实时检测、显示与警报，并且当检测到司机呼出气体内酒精浓度超标时，可以自动切断汽车引擎电源，防止驾驶员酒后驾驶。
六、进度安排：
第1～3周：对该系统进行需求分析拟定其所需实现的功能，完毕文献综述和开题报告；
第4周：审查系统功能需求，进行系统的总体结构设计；
第5～6周:：进行系统的概要设计和具体设计；完毕硬件部分的设计；
第7～9周:：编写代码，进行单元测试；
第10周:：进行整体测试，并逐步完善系统；
第11～13周：撰写毕业论文初稿；第14周：修改论文，撰写毕业论文终稿；
第15～16周：提交毕业设计及论文，进行答辩。

指导教师署名： 日期：
课题来源：（1）A—真实课题（应列明课题的来源与级别）；
B—自选课题；
课题类型：（2）X—理论研究；
Y—应用研究。
华东交通大学毕业设计(论文)评阅书(1)
姓名
张海云
学号
18
专业
软件工程+机械电子工程
毕业设计(论文)题目
基于单片机防酒后驾驶控制系统设计