车载酒驾提示装置远程监控系统设计

车载酒驾提示装置远程监控系统设计
近年来,我国人均汽车拥有量不断增长,与此同时,车辆运行中交通事故的
发生率也在不断攀升。通过对交通事故的分析,造成交通事故的原因中,很大部
分是人为因素。而酒后驾驶所造成的人员伤亡及财产损失更是占人为因素中的很
大比例。
目前,我国交警用于监控和检测酒精驾驶的通常是呼气式的酒精测试仪,这
种仪器只能对驾驶人员进行现场检测,以确定驾驶人员是否饮酒。这种仪器不能
被安装在汽车内部,只能由交通监管人员设点操作,所以具有很大的随机性,检
测速度也比较缓慢,更加重要的是,这种检测方法不能从根源上杜绝酒后驾驶的
违章行为。
论文提出了一种基于 89S52 单片机和 GSM 技术的酒驾提示装置远程监控系统
的设计方案,利用无线通信技术对驾驶人员的酒后驾驶行为进行实时提示和监控,
通过在汽车内安装有酒精气体传感器等元件组成的酒精检测电路,来检测驾驶人
员的酒精含量,并利用无线通信网络的短信息发送技术,将酒后驾驶情况立刻发
送到指定联系人的手机上。本设计与传统的手持式呼气酒精检测仪相比,有更多
的优点和应用前景。其目的是让驾驶人员的指定联系人及时掌握驾驶人的驾驶状
态,以便更好的控制驾驶人员的酒后驾驶行为,为最终消除酒后驾驶现象创造条
件。20191110211927
【关键词】 酒精检测;传感器;AT89S52;无线通信
摘 要. I
ABSTRACT II
第 1 章 绪论 - 1 -
1.1 课题研究背景 - 1 -
1.1.1 课题研究背景及意义 - 1 -
1.1.2 主流酒精检测方法 - 2 -
1.2 课题简介 - 3 -
1.2.1 课题主要工作 - 3 -
1.2.2 论文内容安排 - 3 - 第 2 章 关键技术分析.- 5 -
2.1 气体传感器技术分析 - 5 -
2.1.1 气体传感器工作原理及分类 - 5 -
2.1.2 传感器检测方法 - 7 -
2.1.3 传感器主要特性 - 7 -
2.2 远程监控技术分析 - 8 -
2.2.1 GSM 技术 - 8 -
2.2.2 短消息发送的类型 - 9 -
2.2.3 短消息发送的理论研究 - 10 -
2.3 本章小结 - 12 - 第 3 章 车载酒驾监控系统设计- 13 -
3.1 系统需求分析 - 13 -
3.1.1 系统的主要功能分析 - 13 -
3.1.2 总体组成 - 13 -
3.1.3 无线通信方式的考虑 - 13 -
3.2 酒精传感器的选择 - 14 -
3.2.1 传感器工作原理介绍 - 14 -
3.2.2 传感器结构组成对比 - 15 -
3.2.3 灵敏度特性比较 - 16 -
3.2.4 主要参数比较 - 18 -
3.3 数模转换芯片的选择 - 19 -
3.3.1 模数转换类型 - 19 -
3.3.2 A\D 转换器的主要指标 - 19 -
3.3.3 主要指标对比 - 20 -
3.4 本章小结 - 20 -
第 4 章 系统电路设计.- 21 -
4.1 控制部分设计 - 21 -
4.1.1 单片机最小系统 - 21 -
4.1.2 AT89S52 技术指标 - 22 -
4.2 酒精检测模块电路设计 - 24 -
4.2.1 MQ-3 技术性能 - 24 -
4.2.2 MQ-3 酒精测试原理图 - 26 -
4.3 模数转换电路 - 26 -
4.3.1 AD0809 性能特性 - 26 -
4.3.2 模数转换电路设计 - 29 -
4.4 无线通信模块电路设计 - 29 -
4.4.1 TC35 模块技术性能介绍 - 29 -
4.4.2 原理图设计 - 32 -
4.5 本章小结 - 33 - 第 5 章 系统软件设计与调试.- 34 -
5.1 89S52 的集成开发编译环境介绍 - 34 -
5.1.1 创建项目 - 34 -
5.1.2 编译链接项目 - 35 -
5.2 软件系统结构设计 - 35 -
5.2.1 件系统的流程图 - 35 -
5.2.2 液晶显示软件设计 - 36 -
5.2.3 发送短信息程序设计 - 37 -
5.3 系统调试 - 37 -
5.3.1 短信发送模块调试 - 37 -
5.3.2 酒精模块调试 - 38 -
5.4 本章小结 - 39 - 第 6 章 总结与展望 - 40 -
6.1 研究工作总结 - 40 -
6.2 后续工作和展望 - 40 - 参考文献 - 42
致谢- 44 -
附录- 45 -
一、 整机设计原理图和 PCB 图 - 45 -
二、实物图 - 46
第 1 章 绪论
据公安部交管局统计,近 5 年来,酒后驾车这种交通违法行为平均每年造成
交通事故 1.09 万起,造成 4054 人死亡、1.16 万人受伤,是导致交通伤亡事故的重
要诱因,因酒后驾驶引发的事故和造成的人员伤亡情况约占交通事故总数的 30%,
涉酒事故严重程度位居各类交通事故首位。可见,酒后驾驶是制造交通事故的主
要“杀手”,治理酒后驾车已经成为交通管理工作的重点。
1.1 课题研究背景
1.1.1 课题研究背景及意义
2012 年,针对我国目前酒后驾车的严峻形势[1],国家出台了新的处罚条例:
饮酒后驾驶机动车的,处暂扣六个月机动车驾驶证,并处一千元以上二千元以下
罚款。因饮酒后驾驶机动车被处罚,再次饮酒后驾驶机动车的,处十日以下拘留,
并处一千元以上二千元以下罚款,吊销机动车驾驶证。醉酒驾驶机动车的,由公
安机关交通管理部门约束至酒醒,吊销机动车驾驶证,依法追究刑事责任;五年
内不得重新取得机动车驾驶证。饮酒后驾驶营运机动车的,处十五日拘留,并处
五千元罚款,吊销机动车驾驶证,五年内不得重新取得机动车驾驶证。醉酒驾驶
营运机动车的,由公安机关交通管理部门约束至酒醒,吊销机动车驾驶证,依法
追究刑事责任;十年内不得重新取得机动车驾驶证,重新取得机动车驾驶证后,
不得驾驶营运机动车。饮酒后或者醉酒驾驶机动车发生重大交通事故,构成犯罪
的,依法追究刑事责任,并由公安机关交通管理部门吊销机动车驾驶证,终生不
得重新取得机动车驾驶证。这也是国家整顿酒后驾驶混乱局面的强烈决心。由于
酒精对中枢神经有毒害作用,严重降低了机动车驾驶人的判断与控制能力,引发
重大恶性交通事故。
据世界卫生组织调查,全世界每年因交通事故造成的损失超过 3000 亿美元,
其中 11%-25%是由酒后驾驶引起的,近 50%的重大交通事故与酒后驾驶有关。酒
后驾驶被世界卫生组织列为车祸致死的首要原因。即使在少量饮酒状态下,交通
事故的危险度也可达到未饮酒状态的 2 倍左右。因此,世界各国都非常重视对预
防酒后驾驶的研究,从酒后驾驶的危害机理、检测方法与判定标准、智能防范技
术等方面开展了一系列研究,对酒后驾驶的处理与预防发挥了重要作用[2]。
酒后驾车分为饮酒后驾车、醉酒后驾车两种。国家质量监督检验检疫局发布
的《车辆驾驶人血液、呼气酒精含量阈值与检验》国家标准,该标准规定:车辆
驾驶人员血液中的酒精含量大于或等于 20 毫克/100 毫升、小于 80 毫克/100 毫升
为饮酒驾车;血液中的酒精含量大于或者等于 80 毫克/100 毫升为醉酒驾车。
国内对于酒驾监控系统的研究还不多[3],多数是便携式的检测仪,在事故现场
或者临时检查时,由交警提供,检测驾驶人呼出气体的酒精含量。曾有一家相关
公司阀门了一种车钥匙,这种车钥匙需要先对着钥匙上的气孔吹气,如果呼出气
体的酒精含量低于规定值,则能顺利启动引擎,否则将无法发动汽车。但这项技
术并未大范围的运用。国家交通技术领域正在开发研究驾驶行为监控预警技术及
其装备,期望能够及时检测驾驶状态,识别异常驾驶状态,预测驾驶意图,判别
违规操作,但是现有的技术还不能真正实现其功能。
1957 年 1 月 23 日,世界上第一台醉酒呼吸分析仪在瑞典首次投入使用,它能
检测试剂呼出气体中的酒精量,并显示在显示屏上。目前,一些发达国家为了能
够协助驾驶员主动检测是否酒后驾驶,研究了很多车载式的酒精检测方法[4]。
意大利政府号召公民在车上配备酒精检测传感器 MEMS,将 MEMS 窗前置于
方向盘的中间位置,该传感器能准确检测出驾驶员呼出气体中的酒精含量。
瑞典沃尔沃吃公司推出车载酒精检测系统,它通过一个无线手持设备检测驾
驶者呼出气体的酒精含量,如果酒精含量超过系统中设定值的上限,该系统将阻
止启动发动机[5]。
目前,酒后驾驶屡禁不止,各类因酒后驾驶造成的恶性交通事故层出不穷,
严重危害了社会治安和人民生命安全。我国目前正严厉打击酒后驾车行为,并针
对酒后驾车制定了一系列的惩罚措施,但这些都只能在事故发生后发生功效,能
起到一定程度的警示作用,但不能从根本上预防酒后驾车事件发生。酒后驾车监
控系统能在检测到驾驶者饮酒时及时阻止驾驶者继续驾驶,从源头上防止了酒后
驾驶行为的发生,能够适时提醒司机避免酒后驾驶的情况,更杜绝了驾驶人醉酒
导致的交通事故,一定程度上保护了人民群众的生命安全,维护社会的良好秩序。
1.1.2 主流酒精检测方法
目前国内主要的酒精检测方法有三种:
1、呼气式酒精检测法
这种方法采用的传感器有半导体型和燃料电池型。半导体型采用氧化锡半导
体,这种材料在一定温度下,酒精含量越高,电阻率越低,酒精含量由电阻率大
小的模拟信号转换成数字信号来反映。后者采用燃料电池酒精传感器。这种材料
在特定催化剂的条件下,将酒精充分燃烧转换为电能,酒精含量越高,电能越大。 2、顶空气相色谱法
这种方法采用叔丁醇作为内标物,来精确定力检测血液或组织器官中的酒精
含量。在一定温度下,酒精和叔丁醇挥发而成的气体在瓶中的顶空部分,当达到
平衡后,气体中酒精和叔丁醇的含量成正比。在色谱分析师,抽取一定量的气体,
检测酒精和叔丁醇色谱峰面积比来确定酒精含量。
3、乙醇脱氢酶法
这种方法是将抽取的血样用高氯酸反应,蛋白质被沉淀后进行离心分离,将
含醇脱氢酶和铺酶稀释加入上层清液,经过反应后乙醇变为乙醛,用分光光度计
测定紫外线吸收值,根据值,算出样本的酒精含量。
这三种方法中,第一种是交管部门常用的办法,第二种一般在第一种的结果
有争议或者有严重交通事故时采用。
1.2 课题简介
1.2.1 课题主要工作
本论文设计了酒驾检测系统提示装置和远程控制系统中。其中包括酒精检测
模块、控制模块、无线通信模块。具体的完成工作有以下几个部分:各个模块的
硬件、软件设计以及对样机的反复调试。硬件的设计,硬件平台的设计是软件实
现其功能的基础,然后是进行软件的设计,模块化的软件设计能够使控制系统发
挥高效和稳定的性能,最终的调试是对整个系统的验证,调试的过程也是对之前
所有工作的总结。
1.2.2 论文内容安排
本文内容安排如下:
第一章,绪论。阐述本论文的研究背景以及研究现实意义,提出了系统的整
体设计思路,对本文所要完成的任务进行了介绍。
第二章,关键技术介绍。根据系统的功能分析本次设计中的关键技术。分别
介绍了对关键技术的理论研究和其工作原理。
第三章,系统设计,依据目前酒后驾驶提示装置和远程控制系统所需要实现
的功能,提出了系统设计的功能需求,介绍了系统工作原理。首先对硬件进行了
整体设计,然后对硬件电路的各个模块进行设计,包括了各个功能主要功能芯片
的选择,在设计硬件电路的时候要充分考虑后期实现和软件编写的可行性。
第四章,系统软件设计,对整体的软件程序进行了设计,根据各个模块的软
件需要进行了分析。
第五章,系统调试,本章对整个系统进行调试,对各个模块驱动程序进行调
试,及时解决调试中遇到的问题。
第六章,总结与展望,依据整个研究过程中所遇到的问题提出总结并且提出
酒驾监控和提示系统的新的设计构思未来的发展方向。

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好棒文