酒后驾车控制器酒精探头无线传输技术信息码检测仪设计方案1.1研究背景交通事故已成为对人类生命安全威协最大的“第一公害”。

全球每年有50万人因车祸丧生。

引起交通事故的基本因素有人、车、路、环境与管理等,其中驾驶员本身因素占70%。

而酒后驾车是驾驶员驾驶事故重要因素之一。

世界各国统计,30%～50%的交通事故由饮酒后驾车所至。

我国交通部门报道,酒后驾车的交通事故率比平常人高出至少5～6倍。

在1989～1990年中,因酒后驾车引起的交通事故平均每年高达3万余起。

我国交通法规定：禁止酒后驾车。

在我们的调查中,驾驶员承认有酒后驾车者达11.99%,且有2.43%的驾驶员经常酒后驾车。

酒后驾车与车祸的关系是无可辩驳的。

美国近46%的交通事故与酒精有关,且酒后驾车是美国车祸的三种主要危险因之一。

联邦德国有70%的交通事故与酒后开车有关。

美、日等国的研究表明，血液中酒精浓度为0.03%、0.09%、0.15%时,驾驶能力分别可下10%、25%、30%。

饮酒可致驾驶员视觉功能、触觉敏感度、判断能力、注意力等下降,从而致交通事故的发生。

目前，我国对于酒后驾车行为的监控主要采取出动警力，不定期抽查的方式。

但由于人员有限等原因，管理仍存在一定的难度，交管部门对此也非常苦恼。

由于酒后驾车的危害，交管部门加大处罚力度。

车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100mL小于80mg/100mL的驾驶为。

属于饮酒驾车，车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100mL 的驾驶行为属于醉酒驾车。

由公安机关交通管理部门约束至酒醒，15日以下拘留和暂扣3个月以上6个月以下机动车驾驶证。

现行道路交通安全法还规定，一年醉驾被处罚两次以上的，吊销机动车驾驶证，5年不得驾驶营运机动车。

在英国，酒后驾车等于失去工作,因为他们上班的主要的交通工具就是汽车。

酒后驾车造成的交通事故对国家、他人、自己产生了难以估计的后果。

为了减少这种现象的出现，世界各国都在想办法来解决这个问题。

1.2国外发展现状1.2.1呼气酒精测试目前全世界几乎所有国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者是否是酒后驾驶。

主要有燃料电池型呼气酒精测试仪和半导体型呼气酒精测试仪。

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。

但由于价格和使用方便的原因，目前常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。

这两种能够制造成便携型呼气酒精测试器，适合于现场使用半导体型采用氧化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，对外呈现的电阻值就降低。

这种半导体在不同工作温度时，对不同的气体敏感程度是不同的，因此半导体型呼气酒精测试仪中都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，该传感器对酒精具有最高的敏感度。

燃料电池型呼气酒精测试仪采用燃料电池酒精传感器作为气敏元件，它属于电化学类型，因此又称为电化学型。

燃料电池是当前全世界都在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，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。

燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室充满特种催化剂，使进入燃烧室的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室气体的酒精浓度成正比。

与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。

但是由于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，目前只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，加上材料成本高，因此价格相当昂贵，是半导体酒精传感器的几十倍。

半导体型酒精测试仪的最大优点是价格低廉，只有燃料电池型的几分之一，但性能远比燃料电池差，所以通常用在自我检测或一般性测试。

对于作为执法或者处罚依据的人体酒精含量检测，就应该使用燃料电池型酒精测试仪。

1.2.2 高智能汽车据报道，英国最近发明了一种高智能汽车，可以自动拒绝司机酒后驾驶。

这款崭新设计的高智能坐骑，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。

“小黑箱”会把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。

若司机是在头脑清醒的情况下驾车，通常在扭动方向盘之前，会先审视一下行车方向。

司机喝得愈醉，审视的时间愈短。

“个人警察”系统将根据司机审视时间的长短，来判定司机的醉酒程度，决定是否响起警铃，或使汽车无法启动。

1.2.3 驾驶员酒后开车控制器市面上存在很多这种仪器。

主要通过吹气，酒精检测设备检测酒精含量，若含量超标切断汽车点火器，使其无法开动，以达到控制作用。

但是其中总存在一些弊端。

如可靠性、实用性、成本等因素而没有得到推广。

1.3研究意义目前市场上有多种警用酒精测试仪，随着技术的发展功能越来越多、灵敏度越来越高，它能协助交警定点抽查驾驶员是否饮酒,但实施面太窄,为给交通管理部门提供科学的管理手段,提出了酒后驾车控制器。

基本要求：(1) 安装在汽车上，不用交警和其他人员就能判断司机是否酒后驾车，以确保了司机的安全，又减少了交警等人员的工作量。

(2) 酒精传感器灵敏度高，控制器体积小、功耗低、具有电压比较功能。

(3) 能够检测到酒精含量是否超标，超标则切断点火器，使汽车无法开动，以达到控制酒后驾车。

(4) 这种设备成本要比呼气酒精测试仪低。

(5) 实现和使用方法简单、可靠性强、易推广等特点。

第一章基础技术2.1 软件介绍Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。

Keil_c软件界面如图1所示：图1 Keil_c软件界面Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件。

Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。

Protel99SE软件的特点：(1)可生成30多种格式的电气连接网络表；(2)强大的全局编辑功能；(3)在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；(4)同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络(5)既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；(6)满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）； * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；(7)支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件； * PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；(8)强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；(9)智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；(10)提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；Protel99SE的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示，包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

图2 Prtel99SE软件界面2.2 主程序框图主程序的设计主要是综合考虑本设计要达到的功能要求，要进行数据、定时器、A/D转换等的初始化，实时采集MQ-3酒精传感器模块输出的数据信息，并采集阀值存储模块的数据，进行的相应的处理，实现1602实时显示被测气体中的酒精浓度和报警阀值，浓度超过阀值会发光报警提示。

主程序流程图如下图3所示：图3 主程序框图2.3 液晶显示程序框图主程序实现的功能：与硬件相结合实现酒精浓度检测系统的各个功能。

主要是检测与显示，门限调整与显示，检测数据显示功能子函数的调用。

显示流程图如图4所示。

图4 LCD1602程序流程图第二章总体设计方案3.1 酒精浓度检测仪设计要求分析设计的酒精浓度测试仪应具有如下特点：（1）数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路带有LCD显示以及键盘响应电路，无需要其他计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。

（2）系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。

（3）从便携式的角度出发，系统成功使用了数码管显示器以及小键盘。

由单片机系统控制键盘和LCD显示来实现人机交互操作，界面友好。

（4）软件设计简单易懂。

3.2 酒精浓度检测仪设计方案设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。

因此，可以直接把传感器输出电压值经单片机A/D转换器转换得到数据进行处理。

此外，还需接入液晶显示，键盘设定，报警电路等。

其总体框图如图5所示，与设定的醉酒阈值进行比较，并显示或报警。

图5 基本工作原理图第三章酒精测试仪硬件设计4.1传感器的选择本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度，再转换为血液中的酒精含量浓度，故采用气敏传感器。

考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选用MQ3型气敏传感器。

图6 MQ3 结构和外形其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。

MQ3型气敏传感器由微型Al2O3，瓷管和SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。

传感器的标准回路有两部分组成。

其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。

传感器的表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。

负载电阻RL 可调为0．5-200K。

加热电压Uh为5v。

上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。

图7 MQ3 结构图MQ-3传感器模块具有的特点：1.具有信号输出指示2.双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）3.模拟量输出0-5V电压，浓度越高电压越高4.对乙醇蒸汽具有良好的选择性和很高的灵敏度5.具有长期的使用寿命和可靠的稳定性6.快速的响应恢复特性MQ-3的性能参数1）MQ-3标准工作条件表表1 MQ-3标准工作条件表2）MQ-3灵敏度特性表表2 MQ-3灵敏度特性表MQ-3 型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值，在不同温湿度的条件下，变化如图8，因此在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。