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1、沈阳工业大学 本科生毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目： 酒后驾驶智能闭锁系统设计 学 院： 信息科学与工程学院 专业班级： 测控技术与仪器 0703 班学生姓名： 李本科 指导教师： 桑海峰 2011 年 3 月 23 日酒后驾驶智能闭锁系统设计一、课题研究的目的和意义1. 课题的研究目的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。而酒后驾车也频频发生，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（包括个人用车和商用车）保有量最迟到 2010 年将突破 10 亿量 1。随着汽车保有量的增加，
2、交通事故也在不断的增加，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造成的直接经济损失为 5180 亿美元，可见道路交通安全问题已成为全球性的主题 2-3。随着汽车使用量的增加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 4。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 5-6。截至到 2008 年，虽然我国加强了预防交通事故的措施，但是交通事故数量还是相当惊人（如表 1 所示） 7。表 1 2004-2008 期间全国交通事故起数和死亡人
3、数年份 交通事故起数（起） 死亡人数（人）2004 517899 1070772005 450254 987382006 378781 894552007 327209 816492008 265565 73990据世界卫生组织的事故调查显示，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原因。在我国，母国勇分析了我国 2000 年交通事故原因，明显指出驾驶员是造成交通事故的主要原因（如表 2） 8。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 9。赵卫兴，高岩等人分析了 19942004 年酒
4、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%上升到 2004 年的 4.4%，平均每年以 7.3%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 10。表 2 2000 年道路交通事故原因分析 项目机动车原因机动车驾驶员非机动车驾驶员行人、乘车人道路 其它事故（ %）4.94 83.72 2.98 3.25 0.14 4.97死亡（ %）5.06 67.20 4.31 6.83 0.15 16.44为了能够有效的防止酒后驾驶造成的此类危害，研究一种酒后驾驶智能闭锁系统是非常必要的，从而能够强制性防止酒后驾车，降低交通事故的发生率。对于酒后
5、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 11-13，但是还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，因此研究这种能够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，能够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，能够阻止驾驶员开启汽车引擎，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，提高我国道理安全水平，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。2. 课题的研究意义据来自某国际组织的一项统计数据显示：每 33 分钟就会
6、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可能发生在自己的身上，但专家的统计结果证明：在每个人的一生中卷入与喝酒有关的交通事故的可能性为 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，造成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造成重大伤亡事故的肇事者，追究其刑事责任，但是对没有造成重大伤亡事故的酒后驾车者的惩罚比较低，最多也只是拘留 15 天处罚 9,14。由于这种轻微的处罚根本不足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到一定浓度时，人对外
7、界的反应能力及控制能力就会下降，尤其是处理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，有 81.29%的被调查者同意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，仅有 20.63%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，有 39.84%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，27.35%的被调查者认为酒后驾驶人员的安全意识不强。另外，有 18.97%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
8、，能够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，创造人类的美好生活和社会的和谐。二、 课题研究的主要任务和预期目标1. 主要任务及要求本课题主要研究一种能自动防止司机酒后驾驶的智能闭锁系统，本研究主要采用 Microchip 公司的中档芯片作为该智能闭锁系统的核心，通过呼气式酒精传感器测试司机呼出气体的酒精含量27，并且能够通过液晶显示器显示该酒精含量值，当司机体内血液酒精含量超过安全驾驶标准时，能够语音报警，提示驾驶员“请注意安全，不要酒后驾驶” ，并通过继电器切断汽车引擎的电源，使汽车无法启动。 本研究主要包括以下几个方面的内容： （1）设计智能闭锁系统的功能、结构组成以及
9、控制系统中的功能模块； （2）认真学习 PIC16F877A 芯片的特性和功能，设计自动控制系统的硬件电路。以 PIC16F877A 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、PIC16F877A 微控制器接口电路、语音报警电路、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处理、气体浓度显示、语音报警、继电器驱动子程序等；（4）硬软件结合调试。2. 预期目标当酒精浓度值超过软件编程时所设置的酒精浓度超标值 47.43ppm 时，语音模块发出“请注意安全，不要酒后驾驶”的语音提示，同时对应继电器动作状态的红灯亮，继电器
10、切断汽车引擎电源，使汽车无法启动，同时液晶显示模块显示呼出酒精传感器输出的电压值和人体呼出的酒精气体浓度值；当酒精浓度未超过 47.43ppm 时，语音报警器不报警，对应的绿灯亮，继电器保持吸和状态，汽车发动机正常工作。三、设计方案1. 设计思想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，而且要求通过硬件系统处理，能够显示该酒精浓度，使驾驶员能够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，基于这种要求，本次设计选用 LCD 显示模块。为了能够警示驾驶员不要酒后驾驶，本系统
11、中需要设计一种语音报警系统，能够在驾驶员欲酒后驾驶时，发出“请注意安全，不要酒后驾驶”的语音提示，选用了语音报警模块。该智能闭锁系统的最主要功能是为了当检测到司机呼出气体内酒精浓度超标时，能够自动切断汽车引擎电源，所以需要一种执行机构能够自动的切断汽车引擎电源，本次设计选用继电器来达到这个目的，通过继电器的动作来控制汽车引擎电源是否开启。基于上述构思所设计的酒后驾驶智能闭锁系统的系统框图，如下图所示：图 1-1 系统硬件原理框图 PIC 单片机LCD 显示语音报警通信驱动继电器 汽车引擎电源电源供电键盘单元放大器酒精传感器下面对该系统的各个功能模块做下简单的介绍： 核心部分功能：主要由电源模块
12、、酒精传感器、PIC 单片机、LCD 显示模块、语音报警模块、继电器驱动模块等组成，其主要任务是采集酒精传感器的输出电压信号，放大后经过单片机 A/D 转换和处理，当检测到酒精浓度超过标定值时，能够通过 LCD 显示模块显示该酒精浓度值和传感器的输出电压值，并语音报警和驱动继电器动作，切断汽车引擎电源。 液晶显示模块功能：它的主要功能是当驾驶员通过酒精传感器检测呼出气体酒精含量时，能够显示酒精传感器的输出电压值和驾驶员呼出气体的酒精浓度值。 语音报警模块功能：它的主要功能是当单片机检测到人体内呼出气体酒精浓度超标时，语音报警器发出声音“请注意安全，不要酒后驾驶” ，提醒驾驶员注意安全驾车。 继
13、电器驱动模块：本系统中采用双刀双掷的 HRS2H-S-DC5V 电磁继电器，当单片机检测到司机呼出气体酒精浓度超标时，能够切断汽车引擎电源，使汽车无法启动。 通信模块功能：在自动化领域中，串行通信技术是一种重要的数据传输手段。在单片机的应用系统中，下位机核心器件的单片机负责数据的采集和通信，上位机以基于图形界面的 Windows 系统作为操作平台，通过 RS232 串口接收或上传数据 15,16。酒后驾驶智能闭锁系统的控制系统程序设计主要是控制该系统按照预定的操作方式进行运作。其主要任务是：检测传感器的输出信号并进行采集处理，能够显示该输出信号，并能够在该信号超过规定限值时，语音报警和驱动继电
14、器动作等。软件总体设计主要包括主程序设计和各个子程序的设计。下图为主程序流程图： YN图 1-2 主程序流程图 以下为部分模块子程序流程图：程序初始化调节电位器仪表放大器放大处理A/D 转化线性化处理是否超过报警限电压和浓度显示 断开启动机电源驱动继电器语音报警处理I/O 端口初始化设置 A/D 寄存器ADCONO.ADCON1LCD 显示初始化开始开始图 1-3 线性化处理子程序流程图 NYNY读取传感器输出电压值确定 x 所在电压区间带入对应区间直线方程式求出对应的浓度值 f(x)送入液晶显示结束手动按键是否按下处理传感器输出电压值是否超过标定值开始驱动继电器禁止启动汽车引擎图 1-4 驱
15、动继电器子程序流程图 2. 方案论证2.1 酒精传感器的选型方案一：采用半导体型传感器，这种半导体在不同工作温度时，对不同气体敏感程度是不同的，因此对于半导体型呼气酒精测试仪中一般都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对酒精具有最高的灵敏度 17。但是由于半导体型酒精传感器感度低、不能精确计量、稳定性和重复性差、以及功耗大 18,19。方案二：采用燃料电池型酒精传感器，燃料电池型酒精传感器属于电化学类型，燃料电池是当前世界上广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染 20-22，作为酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池型酒精传感器的特点：测
16、量精度高，可测范围宽。由于它只对酒精气体反应，所以任何其他非酒精气体测量时给结果带来的干扰都很小。基于本次设计要求和使用环境、成本等方面的考虑，本次课题选用燃料电池型酒精传感器。2.2 单片机的选型方案一：采用 51 系列单片机，它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作的系统，称作位处理器，能够进行的位传送、置位、清零、测试、逻辑运算等，功能完备。51 系列的另外一个优点是乘法和除法指令，给编程带来方便 23。但51 系列有 111 条指令，比较复杂。方案二：采用 PIC 系列单片机，它采用 Harvard 双总线结构，运行速度快，指令流水线结构，程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理。PIC 系列单片机相对其它单片机采用精简指令集、哈佛总线结构、流水线取指方式、抗干扰能力强、性价比高
