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1、Comment W用1: 没有页眉 Comment W用2: 一行 机械与材料工程学院 本科毕业论文（设计） 题 目 基于单片机的车载酒驾检测系 统设计 专业班级 测控技术与仪器二班 学 号 0703110237 学生姓名 指导教师 设计所在单位 2015 年 5 月 Comment W用3: 没有页眉 基于单片机的车载酒驾检测系统设计 摘要： 针对酒后驾车导致交通事故频繁发生的现象，设计了一种能够防止酒后驾驶的 控制系统。将酒驾带来的潜在后果扼杀在源头。该系统是一款基于 MSP430 单片机 的超低功耗酒精检测控制系统。该系统可以自动对酒精浓度进行检测，以确保行车 的安全。系统可以根据检测到
2、的酒精含量是否超标对驾驶人员反馈相应的信息。如 果超标，则驾驶人员无法启动汽车，因此从根本上杜绝了酒后驾车的出现。该系统 具有性价比高，智能化程度高，工作稳定可靠的优点。而且可以用在需要控制酒精 浓度以确保安全的任何场合。 该系统以单片机为核心, 配以检测电路、控制电路、LCD 液晶显示电路、语音 报警电路， 从而实现智能车载安全控制服务。由于具有设备检测的主动判断能力 和较强的人机交互性，因此具有较高的实用价值。 关键词：酒精检测；语音报警；LCD 液晶显示；MSP430 单片机 The Design of Alcohol Testing System Based on MCU Abstra
3、ct： Aiming at the phenomenon of that the drunk driving causes traffic accidents frequently, designed a controlling system to prevent drunk driving. By doing this ，the potential consequences of the drunk driving will be killed at source. This sy st-em is an ultra low power system based on MSP430 sing
4、le chip microcomputer alcohol detection controlling instrument. And it could test the alcohol concentratio-n automatically, so that the driving safety could be ensured. The system would feedb ack specific informations to the driver according to the detected result of alcohol. I f it is out of the st
5、andard, the driver could not launch the car, which fundamentall y put an end to the emergence of drunk driving. There are many advantages on high cost performance, high intelligence degree and working stably and reliabl-y. A nd it can be used in any occasion where the alcohol concentration needs to
6、be mo nitored. The system is as the core of MCU, and associated with the detection circuit, control circuit, LCD display circuit, voice alarm circuit, so as to provide the intelligent vehicle safety control services. Because of the capacity of equipment detecting，making judge actively and strong hum
7、an-computer interaction, it has a high value on practicing. Key words：Alcohol test; Voice alarm; LCD liquid crystal display; MSP430 sing le chip microcomputer 目录 第 0 页 目录目录 第一章 绪论.1 1.1 选题的目的与意义.1 1.2 车载酒精检测系统的发展趋势.1 1.3 本文研究内容和主要工作.2 第二章 酒精检测系统的总体分析.3 2.1 酒精检测系统的工作原理.3 2.2 酒精检测系统的主要功能与特点.3 2.3 单片机的
8、选型.3 第三章 硬件设计.6 3.1 系统的硬件原理框图.6 3.2 电源电路.6 3.3 酒精检测电路.7 3.4 复位电路.8 3.5 键盘输入电路.9 3.6 LCD 显示电路.10 3.7 语音报警电路.11 3.8 输出控制电路.13 第四章 软件设计.14 4.1 软件开发环境.14 4.2 系统软件结构.15 4.3 系统软件设计.15 4.4 系统调试.20 第五章 总结与展望.22 致谢.23 参考文献.24 附录 1.26 附录 2.27 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 0 页 第一章第一章 绪论绪论 1.1 选题的目的与意义选题的目的与意义 早在 1936 年，挪
9、威就颁布了 0.05%(g/ml)的血液酒精浓度（Blood alcohol co ncentration；BAC）为酒后驾车的标准1。一项路边调查显示（单车严重事故）：B AC 每增加 0.02%(g/ml)，致死性碰撞事故增加近 2 倍；BAC 为 0.05%-0.09% 时： 致死性碰撞事故的危险性至少 9 倍于 BAC 为 0 的驾驶员。死亡单车事故中，BAC 为 0.05%-0.09% 的驾驶员 11 倍于 BAC 为 0 的驾驶员。世界各国中，在英国:：7 个事故死亡者中有 1 个与酒精有关；在荷兰：12 个事故死亡者中有 1 个与酒精有关 ；在日本：20 个事故死亡者中有 1 个
10、与酒精有关；在德国：6 个事故死亡者中有 1 个与酒精有关；在加拿大：43.5%的死亡事故与酒精有关；在美国：绝大部分州的 法定 BAC 是 0.1%；在法国：6 个事故死亡者中有 1 个与酒精有关；在瑞典、芬兰 ：25%-29% 的严重损伤事故与酒精有关2。此外，在英国：25%至 49%的严重损伤 事故与酒精有关；在加拿大、美国：43%-63% 严重损伤事故与酒精有关。因此酒 后驾车的监测对居民的人身及财产安全就显得必不可少。设计一款车载酒驾检测系 统就具有强烈的现实意义和一定的商业前景。 本次设计基于 MSP430 单片机来实现相应功能。MS430 单片机3是一个 16 位 的，具有集成度
11、高，功能丰富，功耗低等技术特点的混合型单片机。由于它具有极 低的功耗，丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，受到国内外广大科技人员的欢 迎。且由于价格便宜，而且可以用 C 语言来完成程序设计，可以提高调试开发的 工作效率，有着一定的应用前景。本次设计注重于产品的通用性和模拟性，设计的 成果可移植到其他多个领域进行应用。 1.2 车载酒精检测系统的发展趋势车载酒精检测系统的发展趋势 2007 年，沃尔沃就提出了车载酒驾监测系统这样的概念，并且推出了一款名为 “酒后驾驶闭锁（Alcoguard）”的技术，虽然该技术由于多种原因未能普及，但是 它却开创了一个技术先河，并且为后来的技术发展奠定了一定的基
12、础。目前，可以 对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型。即燃料电池型（电化学）、半 导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型4。但由于价格和使用方便的原因， 常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。而燃料电池酒精传感器的结 构要求非常精密，制造难度相当大，材料成本高，价格相当昂贵，是半导体酒精传 感器的几十倍。现如今，对于呼出气体中酒精含量的检测仪中，国内普遍采用半导 体型酒精传感器。鉴于国内行情，本论文旨在设计一款新型的酒精检测仪，使人们 能够更便捷地进行自我检查、提高安全意识，在学术、技术和应用上都有很大的意 义。采用 TI 公司5的 MSP430G2553 作为主控芯片，其
13、凭借低功耗、高集成度、运 算性能强大，抗干扰能力强等特点6，在低功耗、便携式仪器仪表等领域得到了很 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 1 页 好的应用和发展7。 1.3 本文研究内容和主要工作本文研究内容和主要工作 本课题研究的重点是准确获得车内酒精浓度，并采用一定的数据处理手段，对 是否达到醉驾标准进行判断以消除酒驾对车主人身及财产安全的潜在威胁。为了精 准地采集到关于酒精浓度的数据信息，本次设计采用了专用型酒精传感器MQ- 3 酒精传感器。MQ-3 酒精浓度传感器检测人呼出气体中酒精的浓度并且输出电压 信号，然后把信号输出到高集成度的混合集成芯片 MSP430 作处理,并完成数据采集
14、、判断处理、数据的传输等功能。具体过程如下：单片机采集酒精传感器的响应信 号,并且进行转换，储存在数据存储器(SRAM) 中8，然后单片机通过特定的算法进 行气体浓度的识别, 并且将结果输出到 LCD 显示屏幕上，同时可发出浓度阈值的 声光报警信号。从而实现酒精检测的功能。 基于 MSP430 单片机对车载酒驾检测系统进行设计，包括线性稳压电源模块设 计，数据检测采集单元设计、软硬件的数据处理、输出控制模块及液晶显示单元设 计等。 Comment W用4: Comment W用5: Comment W用6: 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 2 页 第二章第二章 酒精检测系统的总体分析酒精
15、检测系统的总体分析 2.1 酒精检测系统的工作原理酒精检测系统的工作原理 大量的统计研究结果表明，如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟以上 ，这时呼出的气就是从肺部深处出来的气体。呼气中的酒精含量与血液中的酒精含 量有如下关系9： BAC(in mg/ L) = BrAC(in mg/ L) x 2200 （式 2.1） 其中，BAC 代表血液酒精度，BrAC 表示呼气酒精浓度，in mg/ L 表示以每 升中多少毫克为单位。也就是说,以毫克/ 升为单位的血液酒精浓度在数值上相当于 以毫克/ 升为单位的呼气酒精浓度乘上系数 2200 (由于各国的情况不同,在美国此系 数采用 2000，而欧
16、洲很多国家采用 2100) 。由于 BrAC 受到环境温度、湿度,以及 被测试者个体差异等多方面影响，其测试结果不如直接检测 BAC 准确,但是该结果 仍可作为判断饮酒程度的重要参考。MQ-3 型酒精传感器10-14主要由气敏元件和电 热丝组成。当 MQ-3 型传感器外接 5 V 电压时，可将电热丝加热至 270 300 。电路将 MQ-3 传感器的阻值变化转换为输出电压的变化，从而可以通过 A/ D 转换成数字量供单片机处理。系统采用超高灵敏度酒精传感器，超低功耗单片机系 统，自动探测酒精浓度的方法，可以防止驾驶人员逃避检测，以判断驾驶员是否是 酒后开车。该系统可放置在汽车仪表盘位置，当司机发动汽车时，酒精检测系统启 动，此时发动机处于被锁状态，汽车无法启动。酒精传感器加热后，酒精检测系统 对酒精传感器探测的气体信号进行检测。由于酒精含量与酒精传感器检测后产生的 电压信号成特定的比例关系，因而可根据电压信号进行酒精含量的判断。检测到的 信号经过放大和滤波之后，通过单片机内置的 12 位 ADC 转换为数字信号，由单片 机对此信号进行处理判断，使 LCD 显示屏幕显示当前酒精浓度，同时
