单片机的驾驶员酒后驾驶自动检测系统硬件设计
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 主要研究内容 3
2 总体方案设计 3
2.1 系统总体结构设计 4
2.2 系统主要功能4
3 系统硬件设计 4
3.1 系统模块设计4
3.2 系统电路板设计 17
4 调试 19
4.1 硬件单元调试 19
4.2 整体调试 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
近年来，随着国民经济的快速增长，大多数居民的收入有了大幅度地提高，而道路上奔驰的汽车数量也随之水涨船高，这就导致了酒后驾驶现象日益严重，由酒后驾驶所造成的道路交通事故在近些年来也受到了舆论的广泛观注。许多研究表明，与饮酒有关的交通事故的发生率与法律规定的构成酒驾的血液中酒精浓度(BAC)或者呼气中酒精浓度(BrAC)的临界值成正比[1]。当摄取的酒精到了一定程度的时候，司机的中枢神经系统就出现逐渐麻痹并伴随功能失调的症状，同时反应慢、动作不协调的现象将会出现、判断能力和操作能力也会明显降低。当摄入的酒精过量的情况下会逐渐出现视力模糊，产生注意力的分散和减弱。如此情况下驾车的话，驾驶员会因为酒精的麻痹作用导致注意力涣散同时开车的视野范围会减少很多，视力逐渐变得不清楚，而这种危险情况是开车人自己发现不了的[2]。
尽管世界各国都对酒后驾驶颁布了严厉的法律规定，但实际收效甚微，酒后驾驶的现象在各国还是时有发生。国外有研究表明，警方在酒后驾车的治理方面起着 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
重要的作用，政府重视道路交通伤害是减少道路交通事故的关键。在美洲和欧洲进行的一项酒后驾驶的预防控制研究表明，在马路上随机拦停汽车并且对司机进行呼气式酒精测试，可以显著地降低酒后驾驶事件的发生及其所引发的交通事故伤亡[3]。警方通过建立酒后驾驶随机检测点，可以实现控制酒后驾驶现象发生的目的，也可以给未抽检到的驾驶员以提醒和警告。通过多方面的调查研究，发现设立酒后驾驶随机检测点对控制酒驾所引起的交通事故是有显著成效的，使事故发生率降低了17%，但在详细研究各个检测点的数据后发现，酒后驾驶随机抽测仅在实施的前半年是最有效果的。经过研究发现，通过检测点的驾驶员可能会提高安全驾驶的意识，但这并不是说酒后驾驶检测点能预防严重交通事故的发生。
所以，建立健全并严格实行与防酒后驾驶有关的法律法规，多渠道、多方式的对广大驾驶员进行交通安全知识的普及宣讲，加大对酒后驾驶行为的检查和处罚力度刻不容缓。同时我们也应利用高科技技术知识，不断地研究探索一些可以预防酒驾的系统装置，这对减少由酒驾所引起的交通伤亡，对严峻的道路交通安全现状的缓解具有重要意义[4]。在这种情况下，为了防止酒后驾驶而推出新技术是避免道路交通伤害的重要途径，所以提出了“驾驶员酒后驾驶自动检测系统”的课题。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
由于酒驾事故的频繁发生，瑞典在1957年就研发出了世界上第一台检查酒精浓度的呼吸式酒精分析仪。目前，德国、西班牙、意大利、加拿大、美国等发达国家普遍使用手持便携式呼气式酒精检测仪，对司机现场进行呼气式洒精浓度测试，当然还需将测试出有饮酒驾车嫌疑的司机送到警察局接受更全面的检测来确认具体的酒精含量超标程度，通常通过血液检测这一直接方式来进行检测。最近英国政府试图使用一种最新科技的超级酒精呼吸检测仪，由体温、呼吸频率等情况来推断出司机血液里的酒精含量进而可以当场确认司机是否存在酒后开车的行为[5]。
而为了能让驾驶员主动参与酒精测试，许多发达国家都对安装在汽车上的酒精检测装置进行了研究，酒精锁就是这类智能化的防酒后驾车技术的代表之一，欧美等国已经在酒精锁实际应用中先行一步。沃尔沃的卡车在瑞典政府的授意下安装了酒精锁装置。驾驶员通过车载酒精检测装置装配的酒精检测仪吹气，通过测试来确认驾驶员没有饮酒，酒精锁才能允许汽车发动，不然汽车是不能发动的。但是，这种装置也存在一个很大的缺陷，那就是司机可以让其他未饮酒的非驾驶人员来帮助他开锁。
萨博在2007年的某一款新车型上也使用了类似于酒精锁的酒精钥匙技术，钥匙上安装了酒精检测装置和吹气装置，体积适中，长约80毫米，宽约5毫米，比一般的手机要小。在汽车启动前，司机必须向吹气口吹气来检测酒精含量，当检测出的酒精浓度正常时，汽车可被正常发动，否则，发动机不予被启动。沃尔沃也采用了类似的防酒后驾车技术，该技术命名为酒后驾驶闭锁装置，汽车钥匙里集成了可以判断呼吸中酒精含量的感应模块，酒精测试车钥匙的使用也避免了汽车的设计结构发生变化，这样就可以在任意的汽车钥匙上使用这种技术，任何品牌的汽车都能享受到此种技术。
邻国日本的汽车制造商日产在2007年设计出一款防酒驾的概念车，该车利用了人们在开车时会触摸变速杆的原理，将一个能检测驾驶者手心汗液内酒精含量的装置安装在了变速杆上，一旦检测到酒精存在，汽车就会发出警报声，同时锁住变速器，使汽车减速直到停止[6]。
美国和韩国的手机开发公司，也相继研发出具有防酒驾功能的新型手机。当司机喝酒开车的时候，手机内置的传感器会检测到酒精含量的气体呼出，并将检测结果发送到公共交通部门的监测系统，检测人员只需要接收信息就可以了，同时驾驶员也可以自我检测是否酒后驾驶。
1.2.2 国内研究现状
我国每年约有二十余万起交通事故是由驾驶员酒后驾车引起的，直接导致了约五万人的伤亡，经济损失接近十三亿。酒驾已经成为了很严重的社会交通安全漏洞，所以，我国对待酒后驾驶现象的治理是很严格的。就目前来说，我国大多使用警用酒精检测仪来测量是否酒驾，它使用先进的化学传感器做为酒精模块，由大规模集成电路制成，具有内存容量大、灵敏度高、稳定性好、工作温度范围广、装配工艺先进、操作界面便捷等优点，还配备了USB接口，可将数据上传到电脑。除此之外，还能对吹气流量进行自动侦测，防止测试人员吹气作弊。但如此多的优点导致了它的成本较高，同时也有一定的局限性，需要人为的强制检测，增加了人工成本。
与此同时，我国正在积极地开展对车辆预警方面相关设备的研究。主要研究方向为：车辆运行状态、行驶状态的实时监控，驾驶环境的实时监测，异常状态的快速识别响应等技术[7]。目的是通过监测装置，对司机的行为进行实时监控，快速而又准确地发现其驾驶状态异常，进行预警，可以最大地降低交通事故发生的概率。
图3 电源稳压电路图
3.1.2 单片机模块
本系统采用STC12C5A60S2单片机，是一个新的8051单片机芯片，其具有高速度、低功耗和抗干扰性能强的优点，每个芯片都有一个不同的ID，加密设计，破解难度大，每片单片机带有60K的FLASHROM，内部能容纳很多的程序存储器并使用FLASH技术制作，可与8051的指令和引脚彻底兼容，运行速度还快8-12倍。上电即可迅速擦拭清除、重新写入指令代码。串口能直接烧写程序，简单的烧写方式让开发新设备的要求大大降低，缩短了很多的开发时间，也使得STC12C5A60S2更加实用，此单片机还具有程序加密功能，在这个越来越注重个人知识产权的社会，更好的保护了知识产权。
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 主要研究内容 3
2 总体方案设计 3
2.1 系统总体结构设计 4
2.2 系统主要功能4
3 系统硬件设计 4
3.1 系统模块设计4
3.2 系统电路板设计 17
4 调试 19
4.1 硬件单元调试 19
4.2 整体调试 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
近年来，随着国民经济的快速增长，大多数居民的收入有了大幅度地提高，而道路上奔驰的汽车数量也随之水涨船高，这就导致了酒后驾驶现象日益严重，由酒后驾驶所造成的道路交通事故在近些年来也受到了舆论的广泛观注。许多研究表明，与饮酒有关的交通事故的发生率与法律规定的构成酒驾的血液中酒精浓度(BAC)或者呼气中酒精浓度(BrAC)的临界值成正比[1]。当摄取的酒精到了一定程度的时候，司机的中枢神经系统就出现逐渐麻痹并伴随功能失调的症状，同时反应慢、动作不协调的现象将会出现、判断能力和操作能力也会明显降低。当摄入的酒精过量的情况下会逐渐出现视力模糊，产生注意力的分散和减弱。如此情况下驾车的话，驾驶员会因为酒精的麻痹作用导致注意力涣散同时开车的视野范围会减少很多，视力逐渐变得不清楚，而这种危险情况是开车人自己发现不了的[2]。
尽管世界各国都对酒后驾驶颁布了严厉的法律规定，但实际收效甚微，酒后驾驶的现象在各国还是时有发生。国外有研究表明，警方在酒后驾车的治理方面起着 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
重要的作用，政府重视道路交通伤害是减少道路交通事故的关键。在美洲和欧洲进行的一项酒后驾驶的预防控制研究表明，在马路上随机拦停汽车并且对司机进行呼气式酒精测试，可以显著地降低酒后驾驶事件的发生及其所引发的交通事故伤亡[3]。警方通过建立酒后驾驶随机检测点，可以实现控制酒后驾驶现象发生的目的，也可以给未抽检到的驾驶员以提醒和警告。通过多方面的调查研究，发现设立酒后驾驶随机检测点对控制酒驾所引起的交通事故是有显著成效的，使事故发生率降低了17%，但在详细研究各个检测点的数据后发现，酒后驾驶随机抽测仅在实施的前半年是最有效果的。经过研究发现，通过检测点的驾驶员可能会提高安全驾驶的意识，但这并不是说酒后驾驶检测点能预防严重交通事故的发生。
所以，建立健全并严格实行与防酒后驾驶有关的法律法规，多渠道、多方式的对广大驾驶员进行交通安全知识的普及宣讲，加大对酒后驾驶行为的检查和处罚力度刻不容缓。同时我们也应利用高科技技术知识，不断地研究探索一些可以预防酒驾的系统装置，这对减少由酒驾所引起的交通伤亡，对严峻的道路交通安全现状的缓解具有重要意义[4]。在这种情况下，为了防止酒后驾驶而推出新技术是避免道路交通伤害的重要途径，所以提出了“驾驶员酒后驾驶自动检测系统”的课题。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
由于酒驾事故的频繁发生，瑞典在1957年就研发出了世界上第一台检查酒精浓度的呼吸式酒精分析仪。目前，德国、西班牙、意大利、加拿大、美国等发达国家普遍使用手持便携式呼气式酒精检测仪，对司机现场进行呼气式洒精浓度测试，当然还需将测试出有饮酒驾车嫌疑的司机送到警察局接受更全面的检测来确认具体的酒精含量超标程度，通常通过血液检测这一直接方式来进行检测。最近英国政府试图使用一种最新科技的超级酒精呼吸检测仪，由体温、呼吸频率等情况来推断出司机血液里的酒精含量进而可以当场确认司机是否存在酒后开车的行为[5]。
而为了能让驾驶员主动参与酒精测试，许多发达国家都对安装在汽车上的酒精检测装置进行了研究，酒精锁就是这类智能化的防酒后驾车技术的代表之一，欧美等国已经在酒精锁实际应用中先行一步。沃尔沃的卡车在瑞典政府的授意下安装了酒精锁装置。驾驶员通过车载酒精检测装置装配的酒精检测仪吹气，通过测试来确认驾驶员没有饮酒，酒精锁才能允许汽车发动，不然汽车是不能发动的。但是，这种装置也存在一个很大的缺陷，那就是司机可以让其他未饮酒的非驾驶人员来帮助他开锁。
萨博在2007年的某一款新车型上也使用了类似于酒精锁的酒精钥匙技术，钥匙上安装了酒精检测装置和吹气装置，体积适中，长约80毫米，宽约5毫米，比一般的手机要小。在汽车启动前，司机必须向吹气口吹气来检测酒精含量，当检测出的酒精浓度正常时，汽车可被正常发动，否则，发动机不予被启动。沃尔沃也采用了类似的防酒后驾车技术，该技术命名为酒后驾驶闭锁装置，汽车钥匙里集成了可以判断呼吸中酒精含量的感应模块，酒精测试车钥匙的使用也避免了汽车的设计结构发生变化，这样就可以在任意的汽车钥匙上使用这种技术，任何品牌的汽车都能享受到此种技术。
邻国日本的汽车制造商日产在2007年设计出一款防酒驾的概念车，该车利用了人们在开车时会触摸变速杆的原理，将一个能检测驾驶者手心汗液内酒精含量的装置安装在了变速杆上，一旦检测到酒精存在，汽车就会发出警报声，同时锁住变速器，使汽车减速直到停止[6]。
美国和韩国的手机开发公司，也相继研发出具有防酒驾功能的新型手机。当司机喝酒开车的时候，手机内置的传感器会检测到酒精含量的气体呼出，并将检测结果发送到公共交通部门的监测系统，检测人员只需要接收信息就可以了，同时驾驶员也可以自我检测是否酒后驾驶。
1.2.2 国内研究现状
我国每年约有二十余万起交通事故是由驾驶员酒后驾车引起的，直接导致了约五万人的伤亡，经济损失接近十三亿。酒驾已经成为了很严重的社会交通安全漏洞，所以，我国对待酒后驾驶现象的治理是很严格的。就目前来说，我国大多使用警用酒精检测仪来测量是否酒驾，它使用先进的化学传感器做为酒精模块，由大规模集成电路制成，具有内存容量大、灵敏度高、稳定性好、工作温度范围广、装配工艺先进、操作界面便捷等优点，还配备了USB接口，可将数据上传到电脑。除此之外，还能对吹气流量进行自动侦测，防止测试人员吹气作弊。但如此多的优点导致了它的成本较高，同时也有一定的局限性，需要人为的强制检测，增加了人工成本。
与此同时，我国正在积极地开展对车辆预警方面相关设备的研究。主要研究方向为：车辆运行状态、行驶状态的实时监控，驾驶环境的实时监测，异常状态的快速识别响应等技术[7]。目的是通过监测装置，对司机的行为进行实时监控，快速而又准确地发现其驾驶状态异常，进行预警，可以最大地降低交通事故发生的概率。
图3 电源稳压电路图
3.1.2 单片机模块
本系统采用STC12C5A60S2单片机，是一个新的8051单片机芯片，其具有高速度、低功耗和抗干扰性能强的优点，每个芯片都有一个不同的ID，加密设计，破解难度大，每片单片机带有60K的FLASHROM，内部能容纳很多的程序存储器并使用FLASH技术制作，可与8051的指令和引脚彻底兼容，运行速度还快8-12倍。上电即可迅速擦拭清除、重新写入指令代码。串口能直接烧写程序，简单的烧写方式让开发新设备的要求大大降低，缩短了很多的开发时间，也使得STC12C5A60S2更加实用，此单片机还具有程序加密功能，在这个越来越注重个人知识产权的社会，更好的保护了知识产权。
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