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酒精測試儀畢業設計哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 摘要酒后駕車造成交通事故不計其數，帶來很大危害。各國都在采取各種方 法來解決這個問題，但最終沒有找到一個很好的解決方法。 酒后駕車控制器就是因此而設計的。在這之前，同類產品國內外已有， 但都因為成本、可靠性、方便性等原因沒有得到推廣。 本設計就是在前人基礎上，使其有效、可靠的控制酒后駕車，并將完善 其他功能。最終目的是使它能夠得到廣泛應用，最大限度的限制和杜絕酒后 駕車現象。 設計采用半導體酒精探頭，其特點是靈敏度高、穩定、可靠；控制器采 89C2051單片機，其具有體積小、功耗低和帶有電位比較器；設計上采 用發射和接收分離的無線傳輸技術，使其設備體積小、使用方便、易操作、 易安裝等特點。此外發射端發送信息碼，接收端檢驗接收碼正確性，從而增 加了電子鎖的功能；整體來說，該設計有成本低、結構簡單、可靠性強、易 于使用的特點，將會成為汽車上不可或缺的安全工具。 關鍵詞 酒后駕車控制器；酒精探頭；89C2051；無線傳輸技術；信息碼； 電子鎖 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） AbstractCausing trafficaccident carafter drinking, bring endangergreatly. Various countries takingvarious kinds verygood solution finally. designedbecause driveafter drinking. Before likeproducts have both cost,dependability helpingetc. makeits effective reliablecontrol drive after drinking originallydesign, perfectother functions. finalpurpose usedwidely, maximum restriction driveafter drinking. Designing seETonductoralcohol sensor, its characteristic controlleradopts 89C2051 one-chip computer, hassmall lowpower dissipation havingelectric potential comparators; Adopt launching wirelesstransmission technology separated makeits equipment small additionlaunch informationyard receiveone yard exactness,thus functionincreasing electron locking; Come wholly lowcosts simplestructure, toolwhich indispensable Keywordsdrive controllerafter drinking alcohol sensor 89C2051 wireless transmission technology information yard electronlocking 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 目錄摘要 1.1課題背景 1.2目前采取方法 1.2.1呼氣酒精測試 1.2.2高智能汽車 1.2.3駕駛員酒后開車控制器 1.3設計要求 2.1設計方案選擇 2.2采用方案 2.2.1發射部分 2.2.2接收部分 2.2.3整體設計過程 2.3可行性分析 102.4 本章小結 123.1 發射部分 123.1.1 89C2051 單片機 123.1.2 酒精含量檢測模塊 133.1.3 吹氣判斷模塊 173.1.4 指示燈模塊 183.1.5 發射裝置模塊 183.1.6 發射總體部分 193.2 接收部分 203.2.1 接收裝置模塊 203.2.2 報警語音模塊 223.2.3 穩壓降壓模塊 223.2.4 執行模塊 23哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 3.2.5接收總體部分 243.3 本章小結 264.1 單片機理論說明 264.1.1 中斷系統 264.1.2 定時/計數器 284.1.3 串行口 294.2 程序流程圖 314.2.1 發射部分程序流程圖 314.2.2 接收部分程序流程圖 354.3 本章小結 405.1 安裝調試過程 405.2 調試方法 415.2.1 硬件調試 415.2.2 軟件調試 415.3 本設計具體調試用例 415.3.1 黃燈忽亮忽滅 415.3.2 語音電路的喇叭不響 425.3.3 接收部分不工作 425.4 本章小結 42結論 43致謝 44參考文獻 45附錄1 中文譯文 46附錄2 外文文獻 55哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 緒論1.1 課題背景 交通事故已成為對人類生命安全威協最大的“第一公害”。

全球每年有 50 萬人因車禍喪生。引起交通事故的基本因素有人、車、路、環境與管理 等,其中駕駛員本身因素占 70%。而酒后駕車是駕駛員駕駛事故重要因素之 一。世界各國統計,30%～50%的交通事故由飲酒后駕車所至。我國交通部門 報道,酒后駕車的交通事故率比平常人高出至少5～6 倍。在1989～1990 萬余起。我國交通法規規定：禁止酒后駕車。在我們的調查中,駕駛員承認有酒后駕車者達 11.99%, 且有2.43%的駕駛員經常酒后駕車。酒后駕車與車禍的關系是無可辯駁的。 美國近46%的交通事故與酒精有關,且酒后駕車是美國車禍的三種主要危險 因素之一。聯邦德國有 70%的交通事故與酒后開車有關。美、日等國的研究 表明,血液中酒精濃度為0.03%、0.09%、0.15%時,駕駛能力分別可下10%、 25%、30%。飲酒可致駕駛員視覺功能、觸覺敏感度、判斷能力、注意力等下 降,從而致交通事故的發生。目前，我國對于酒后駕車行為的監控主要采取 出動警力，定期抽查的方式。但由于人員有限等原因，管理仍存在一定的難 度。交管部門對此也非常苦惱。由于酒后駕車的危害吹氣酒精檢測儀，交管部門加大處罰力 度。現在一經查出是酒后駕駛的，即使只喝了一小口，將處以 50 元罰款， 吊扣駕駛證3 個月，記6 分；發現是醉酒駕駛的，將處以 200 元罰款，吊扣 駕駛證6—12 個月，記12 分以及行政拘留 15 天。

酒后駕車造成死亡 重傷3人以上的，將處以3 年以上、7 年以下有期徒刑。需要注意的是，乘 車人若明知駕駛人員飲酒了卻依然乘坐，那么乘車者也將被處以警告或 10 元以上30 元以下罰款。在英國，酒后駕車等于失去工作。因為他們上班的 主要的交通工具就是汽車。 酒后駕車造成的交通事故對國家、他人、自己產生了難以估計的后果。 為了減少這種現象的出現，世界各國都在想辦法來解決這個問題。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 1.2目前采取方法 1.2.1 呼氣酒精測試 目前全世界幾乎所有國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛人員進行現場檢 測，以確定被測量者是否是酒后駕駛。主要有燃料電池型呼氣酒精測試儀和 半導體型呼氣酒精測試儀。可以對氣體中酒精含量進行檢測的設備有五種基 本類型，即：燃料電池型（電化學）、半導體型、紅外線型、氣體色譜分析 型、比色型。但由于價格和使用方便的原因，目前常用的只有燃料電池型 （電化學型）和半導體型兩種。這兩種能夠制造成便攜型呼氣酒精測試器， 適合于現場使用半導體型采用氧化錫半導體作為傳感器，這類半導體器件具 有氣敏特性，當接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加，對外呈現的電阻值就 降低。

這種半導體在不同工作溫度時，對不同的氣體敏感程度是不同的，因 此半導體型呼氣酒精測試儀中都采用加熱元件，把傳感器加熱到一定的溫 度，該傳感器對酒精具有最高的敏感度。燃料電池型呼氣酒精測試儀采用燃 料電池酒精傳感器作為氣敏元件，它屬于電化學類型，因此又稱為電化學 型。燃料電池是當前全世界都在廣泛研究的環保型能源，它可以直接把可燃 氣體轉變成電能，而不產生污染，酒精傳感器只是燃料電池的一個分支。燃 料電池酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室內充滿特種催化劑， 使進入燃燒室內的酒精充分燃燒轉變為電能，也就是在兩個電極上產生電 壓，電能消耗在外接負載上氫氣檢測儀，此電壓與進入燃燒室內氣體的酒精濃度成正 比。與半導體型相比，燃料電池型呼氣酒精測試儀具有穩定性好，精度高， 抗干擾性好的優點。但是由于燃料電池酒精傳感器的結構要求非常精密，制 造難度相當大，目前只有美國、英國、德國等少數幾個國家能夠生產，加上 材料成本高，因此價格相當昂貴，是半導體酒精傳感器的幾十倍。半導體型 酒精測試儀的最大優點是價格低廉，只有燃料電池型的幾分之一，但性能遠 比燃料電池差，所以通常用在自我檢測或一般性測試。對于作為執法或者處 罰依據的人體酒精含量檢測，就應該使用燃料電池型酒精測試儀。

1.2.2 高智能汽車 據報道，英國最近發明了一種高智能汽車，可以自動拒絕司機酒后駕 駛。這款嶄新設計的高智能坐騎，裝有一套名為“個人警察”的監察系統， 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 由紅外線攝像機、感應器和帶有電腦分析功能的“小黑箱”組成。“小黑箱”會把攝像機錄制的司機眼球活動情況以及感應器偵察到的方向盤扭轉動 作集中起來進行分析。若司機是在頭腦清醒的情況下駕車，通常在扭動方向 盤之前，會先審視一下行車方向。司機喝得愈醉，審視的時間愈短。“個人 警察”系統將根據司機審視時間的長短，來判定司機的醉酒程度，決定是否 響起警鈴，或使汽車無法啟動。 1.2.3 駕駛員酒后開車控制器 市面上存在很多這種儀器。主要通過吹氣，酒精檢測設備檢測酒精含 量，若含量超標切斷汽車點火器，使其無法開動，以達到控制作用。但是其 中總存在一些弊端。如可靠性、實用性、成本等因素而沒有得到推廣。 1.3 設計要求 目前市場上有多種警用酒精測試儀，隨著技術的發展功能越來越多、靈 敏度越來越高，它能協助交警定點抽查駕駛員是否飲酒,但實施面太窄,為給 交通管理部門提供科學的管理手段,提出了酒后駕車控制器。 設計要求： 安裝在汽車上，不用交警和其他人員就能判斷司機是否酒后駕車，以確保了司機的安全，又減少了交警等人員的工作量。

能夠檢測到酒精含量是否超標，超標則切斷點火器，使汽車無法開動，以達到控制酒后駕車。 實現和使用方法簡單、可靠性強、易推廣等特點。哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 方案設計2.1 設計方案選擇 對酒后駕車控制，存在的可設計方案很多，并且能實現其他附加功能。 但鑒于成本、可靠性、實用性等因素考慮，提出以下幾種方案。 方案一：智能監控器。駕駛員一旦飲酒，其呼出的乙醇氣體被捕捉到， 監控器立即作出反應，其功能有:顯示被測對象的乙醇濃度；振蕩式聲、光 報警；累計記錄駕駛員酒后開車的次數；由控制開關強行切斷汽車點火裝置 的驅動電源。設計圖如圖 2-1 所示：顯示一：該顯示窗共有 位顯示，采用數碼管直接顯示當前時刻駕駛員呼出的氣體中乙醇氣體的含量，因酒敏元件 本身存在一定的非線性，監控器采用軟件處理后，顯示較為準確。顯示二： 該顯示窗也有4 位，它實際上是累計記錄駕駛員酒后開車的次數，因為是累 計數，所以不能采用汽車電瓶作為其電源，于是單獨采用了帶有計算功能的 電子表作為顯示記錄器。靜態時,記錄器的正、負端之間的電壓很低(約 60mV)，它被鎖住在一個記錄狀態，監控器在報警的同時，產生一個尖脈沖 信號天然氣檢測儀，記錄器自動加 1。

為避免記錄器受電路其它部分的影響，中間接有 光、電隔離管。于是交通管理部門可定期通過“顯示”對駕駛員酒后開車情 況進行檢查。報警：所接收到的乙醇信號達到報警點時，監控器經軟件處理 后，立即控制紅、綠發光二極管交替閃爍，作出光報警信號(靜態時，僅有 綠燈恒亮，作為電源指示)，同時，由外接晶振斷續發出聲音報警信號。控 制：由于種種原因，有些駕駛員飲酒后仍會強行開車，這樣很容易造成事 故。為此，在充電電瓶(DC12V)與點火裝置之間，設計了一繼電器開關。一 旦駕駛員酒后強行開車，監控器則切斷點火裝置的電源，禁止汽車啟動或運 行，此時汽車可能會停止在交通要道上，為避免交通堵塞，監控器報警后延 20s，再發控制信號，而待報警解除后5s 內控制信號即消失，汽車便可 重新啟動。該監控器僅適用于有駕駛室的汽油車，不適用于摩托車，對于柴 油車，僅有顯示、報警和記錄功能，沒有控制功能。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 圖2-1方案一設計圖 方案二：汽車智能控制。此設計是對駕駛員駕車進行全面控制。酒后駕 車是其中一部分。此設計將駕駛員和交管部門構成一個系統。交管部門紀錄 駕駛員詳細資料；之后將駕駛證轉變為與 IC 卡類似的電子駕照。

卡內存有 駕駛員的姓名、身份證號碼、允許駕駛的車輛類型、每年考核的情況、違章 紀錄等內容；最后在汽車上安裝無線通訊設備。汽車將和交通部門設置的管 理系統形成一個無線網絡。駕駛員開車時，先要插入正確的電子駕照，卡內 的信息通過無線網絡傳到交通部門的管理系統。交通部門將檢查其信息是否 正確、有沒有違章行為、酒后駕車的次數是否超過一定數目，如這些信息都 達到安全行車的標準才能啟動。行駛時，安裝在汽車上的檢測空氣中酒精含 量系統會自動啟動，開始檢測。若發現駕駛員是酒后駕車，汽車會發聲，提 醒駕駛員不能開車，汽車自動熄滅。如果汽車再次啟動，智能控制系統會再 次作出提示，自動熄滅。如果駕駛員連續三次啟動，系統將會將其信息傳到 交通管理系統，交通部門將會通知附近交警迅速趕到事發地，對酒后駕車者 進行相應處理。如送到醫院等。除外，電子駕照上還會增加酒后駕車的次 數，當次數超過一定規定將會在很長一段時間不能駕車，接受管理部門教 方案三：采用駕駛員主動吹氣方法，進行判斷駕駛員是否是酒后開車。方案設計圖如 2-2 所示：這個裝置放在駕駛室司機右手位置，當司機發動汽 車時，報警裝置將會響起，提醒你使用酒精控制器。

酒精控制器一般要加熱 分鐘左右，該設備綠燈會亮，說明可以吹氣。向酒精探頭吹氣，必須發哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 出聲音，這樣才能保證測試準確。話筒作用判斷是否吹氣。當吹氣確認后，發送到單片機，開始對氣體信號進行檢測。酒精含量和電壓信號有一定關系 ——含量越高，電壓越高；溫度越高，靈敏度越高。檢測信號經過了放大、 檢波電路，進行信號放大和對噪聲的過濾。之后，通過 電路轉換為數字信號，由單片機對此信號進行處理判斷，假設酒精含量沒有超標，指示燈 亮起，可以啟動汽車，繼電器不起作用，酒精控制器停止工作。反之，超標 指示燈亮起，報警裝置同時響起，說明不能行駛，若司機強行啟動，單片機 開始控制繼電器，30 秒后繼電器開關切斷點火裝置電源，汽車無法行駛， 從而實現酒后控制駕車行駛的功能。 圖2-2方案三設計圖 優缺點比較： 方案一優缺點：智能化，自動檢測到駕駛員呼氣體酒精含量。若駕駛員 強行開車，自動切斷點火裝置電源使車無法啟動或行駛。但由于車內除了駕 駛員還有乘客，乘客呼出的氣體對檢測裝置干擾。這種方法可靠性不強。 方案二優缺點：采用電子駕照而系統化。有利于對駕駛員進行管理。此 外每個人的電子駕照不同，發動汽車時，必須插入，具用防盜功能。

但是空 氣中的干擾很多，檢測不準確，并且建立這么大的網絡系統人力物力投入很 大，實現困難。 方案三優缺點；設計簡單，有效可靠實現酒后駕車控制。但司機需主動 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 進行檢測，不夠智能化。根據以上方案的優缺點比較、設計的要求及實際情況，采用方案三為基 礎進行設計。 2.2 采用方案 該裝置設計分兩個部分：發射部分和接收部分。 2.2.1 發射部分 發射部分主要是檢測酒精含量，判斷是否含量超標，向接收部分發出信 號。圖2-3 是其結構框圖。將其分幾個模塊介紹。 酒精含量檢測：吹氣時，根據氣體中酒精含量不同，酒精探頭輸出的電壓也發生明顯變化。電壓隨酒精含量的升高而增大。當電壓增到一定的 值時，說明酒精含量超標，反之不超標。將輸出電壓送到單片機進行判斷， 檢測駕駛員呼出氣體中酒精含量是否超標。 吹氣判斷：話筒判斷駕駛員是否吹氣。若無話筒，駕駛員不吹氣，酒精探頭無法判斷駕駛員是否吹氣而檢測不到呼出氣體中的酒精含量，而做 出錯誤判斷。使用話筒吹氣時，話筒必產生一個脈沖信號，單片機判斷駕駛 員吹氣，再檢測酒精探頭送來的信號。 指示燈：指示燈有紅綠黃三個。紅燈是電源指示燈，工作時亮；綠燈是吹氣提示燈，酒精探頭需要一定時間加熱，才能達到理想的靈敏度。

加 熱時間到，綠燈亮，表示可以吹氣；黃燈表示吹氣有效，當黃燈不亮，表示 吹氣不充分，直到黃燈亮，單片機才開始檢測酒精探頭送來的信號。 單片機：單片機用來判斷駕駛員是否吹氣，檢測氣體中的酒精含量是否超標，并生成相應的碼傳給發射設備。 發射設備：發射設備將單片機生成的信息碼調制后無線發送給接收部分。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 圖2-3酒后駕車控制器發射裝置 2.2.2 接收部分 接收部分主要是對收到的碼信號進行判斷，做出相應操作。收到錯誤 碼，不做任何操作；收到超標碼，報警音提示，點火裝置斷開，汽車大燈 亮，喇叭響；收到不超標碼，發出可行駛提示音，點火裝置打開。圖 2-4 接收設備：接收發射部分的信號，調制后把碼送到單片機。 工作指示燈：開電源后，工作指示燈亮表示接收部分開始工作。 單片機：收到接收設備送來的碼，根據不同碼進行不同操作。其 控制工作指示燈、繼電器、語音裝置。 繼電器：受單片機控制，相當于開關，控制點火裝置開閉、車燈 報警語音裝置：當酒精含量超標，它發出警告音；當不超標，它 發出提示音。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 圖2-4酒后駕車控制器接收裝置 2.2.3 整體設計過程 2-5為總體設計圖，發射與接收是分離的。

發射器很小，駕駛員可隨 身攜帶，所需電源 5V。接收裝置固定裝在汽車上，與汽車上引出 12V 壓、點火裝置、大燈、喇叭相連。駕駛員在發動汽車時，首先開發射器，紅燈亮說明發射器開始工作；之后綠燈亮說明酒精探頭溫度適宜，可以吹氣； 吹氣后（真正吹氣），黃燈亮，單片機判斷酒精含量是否超標，生成的碼信 號由串口發給發射設備，其以無線電方式發給接收部分。接收設備收到后解 調為碼信號通過串口傳給單片機，其根據不同碼做出相應操作。若超標吹氣酒精檢測儀，報 警音提示、點火裝置斷開、汽車大燈亮、喇叭響；反之發出行駛提示音、點 火裝置開。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 圖2-5總體設計圖 2.3 可行性分析 采用這種設計方法主要是從以下角度考慮： 從零器件角度看：酒精探頭選用QM-J3 氣敏元件，是以復合金屬 氧化物為主體材料的 型半導體氣敏元件，當元件接觸乙醇蒸汽時，其電導率隨氣體濃度增加而迅速升高。其對汽油蒸汽又抗干擾能力，靈敏度高， 響應速度好，壽命長，工作穩定可靠等特點。發射設備選用 F04E 發射模 塊，接收設備選用配套 J04H 接收模塊。它是一種性價比較好的設備，靈敏 度高，發射距離 50 米以內，低功耗。

單片機選用 89C2051 芯片。低功耗， 體積小，有兩個特殊引腳，可作電壓比較器直接使用。 從設計結構上看：使用元件少，實現簡單。 從設計要求上看：它滿足設計要求，有效可靠檢測駕駛員是否 酒后駕車。 從功能角度上看：它除了起到控制酒后駕車功能外，在傳輸碼 時，增加碼的個數。安裝在不同汽車上的設備，發送不同碼，這就要求發射 設備與接收設備必須一一對應，這輛車的發射器用在其他車上就無效，這樣 控制器起到防盜鎖功能。 上述各個元件成本低、使用方便、安裝簡單、易推廣。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 2.4本章小結 本章介紹了三種設計方案，比較了之間的優缺點。根據實際情況、設計 要求，闡述自己最終設計方案。其中詳細介紹了本方案的結構框圖，各模塊 的功能及大致工作過程，最后論證了此方案的可行性。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 硬件設計通過電路設計說明控制器硬件方面的情況。 3.1 發射部分 3.1.1 89C2051 單片機 89C2051 單片機屬于 MCS-51 系列，功能介紹：2K 可擦寫閃存，工作 電壓 2.7~6V，工作頻率 0~24MHZ，128BIT 內部 RAM，15 時間計數器，6個中斷源吹氣酒精檢測儀，可編程串口通信，直接 LED 驅動輸出。

它是低 壓、低功耗、高性能、體積小，只有 20 個引腳單片機，除了具有 51 系列單 片機通用功能外，還帶有模擬比較器。 單片機基本電路如圖 3-1 所示，P3 口除了作 口使用，帶有特殊功能。P3.0 TXD——串口輸出口，將單片機要傳信息由此口傳出；P3.2 INT——外部中 INT——外部中斷 1；P3.4 P1.1具有特殊功能。在芯片內部有一個電壓比較器，對兩口輸 入的信息進行比較，比較結果放在特殊寄存器中。XTAL1 為晶振放大輸入 和內部時鐘運行電路輸入。 XTAL2 為晶振放大輸出。它和外部晶振，電容 構成了外部時鐘的電路。Reset 為復位輸入，它和外部電解電容，電阻構成 了復位電路。當此口置高兩個機器周期，單片機將置為初值。單片機的主要 功能將在下一章講述。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 圖3-1單片機基本電路 3.1.2 酒精含量檢測模塊 酒精探頭選用 QM-J3 氣敏元件，是以復合金屬氧化物為主體材料的

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