防醉驾汽车电子锁设计毕业论文

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1、 JISHOUUNIVERSITY本科生毕业论文题 目：防醉驾汽车电子锁设计作 者：葛权学 号：20114053015所属学院：物理与机电工程学院专业年级：2011级电子信息科学与技术指导教师：王小云职 称：教授完成时间：2015年5月20日吉首大学教务处制防止醉驾汽车电子锁设计葛权（吉首大学物理与机电工程学院，湖南 吉首 416000） 摘要由于醉酒驾车给各国都带来了非常大的危害,所以设计一种智能控制系统防止醉酒驾车。该系统主要由酒精传感器、电压比较器、继电器、语音报警模块、电源组成，主要将检测到驾驶员饮酒后人体酒精浓度的大小以电压信号输出，再通过电压比较器的比较后决定输出高电压还是低电压，

2、然后在将信号输送到继电器控制电路，当驾驶员酒精浓度超标时继电器控制点火系统启动电路不能工作，汽车停驶，同时语音系统实现报警功能。关键词：汽车；酒后驾车；点火系统；语音报警系统Design of Car Electronic Lock to Prevent Drunk Driving Ge Quan （College of Physics, Mechanical and Electrical Engineering, Jishou University, Jishou Hunan 416000）AbstractAs drunk driving has brought great harm to

3、all countries, it is necessary to design an intelligent control system to prevent drunk driving. This system is mainly composed of the ethanol sensor, voltage comparator, relay, voice alarm module, and power supply. The system output this information through the voltage signal by detecting alcohol c

4、oncentration of driver, and then determines the output is high voltage or low voltage through the comparison of the voltage comparator. The signals are transmitted to the relay control circuit, so when the alcohol concentration of the driver exceeds the standard, the start-up circuit of the relay co

5、ntrol ignition system cannot work. The automobile will stop moving, at the same time, the speech circuit will performs the alarm function.Key words: automobile；drunk driving；The ignition system；the voice system；目录第一章 绪论11.1选题的背景及意义11.1.1 选题的背景11.1.2选题的意义11.2 国内最新研究现状及发展前景11.2.1国内研究现状11.2.2 发展前景11.2.

6、3酒精检测仪21.3设计内容21.4设计方法31.4.1 电路图设计及PCB生成31.4.2仿真分析法3第二章 防酒后驾车方案的选择42.1 防醉酒驾车两种控制方式42.2 方案选择52.3 设计框图5第三章 防醉驾电子电路设计63.1 USB电源设计63.1.1酒精度传感器检测方式的选择63.1.1.1湿化学法63.1.1.3电化学方法63.1.1.4红外光谱法63.1.2 酒精测试仪型号的选择73.2电压比较器83.3.继电器控制电路93.4 点火系统开关启动电路部分设计103.5 语音电路设计103.6防醉驾系统113.7 电路仿真12 3.7.2继电器控制电路仿真14 3.8总结17参

7、考文献18III第一章 绪论1.1选题的背景及意义1.1.1 选题的背景2010年8月，十一届全国人大常委会第十六次会议将首次审议刑法修正案（八）草案，醉酒驾驶或被判刑1。在2012的新的刑法规定，醉酒驾驶处罚第一百三十三条介绍，对在道路上追逐竟驶，情节恶劣的,处拘役，扣留驾驶机动车，并罚款。新规定将于2013年1月1日在全国统一实施,从新条例中明确惩罚家中，只要触碰到几条高压线，12分就一下子被扣光。1.1.2选题的意义我国交通部的统计数据表明,近年来我国因驾驶员酒后驾车所导致的交通事故平均每年有25万余起,造成约5万人死亡,直接经济损失近13亿元2。2010年世界卫生组织的事故调查报告显示

8、，有50%-60%的交通事故是和酒后驾驶有关的。可以看出酒后驾车是交通事故发生的首要原因。所以酒后驾车，特别是醉酒驾车对道路交通安全的影响非常严重。那么我们就必须研究一个防止醉酒驾车的装置。这可以避免司机醉酒后驾车引起交通事故，让人们的生活更加美好，和谐。1.2 国内最新研究现状及发展前景1.2.1国内研究现状窗体顶端窗体底端我国在这方面的研究比较少，香港一家公司发明了一种名为 iKEY 的车钥匙，可以有效而方便地避免醉酒驾驶产生的交通事故。这种钥匙里面含有感应器、远程信息处理等等，在外面看来，它只是比车钥匙多了一条锁棒而已。在使用之前，司机必须先按锁棒上的开关，待上面绿灯亮了，在对着锁棒吹气

9、两秒钟3。如果呼入锁棒气体中酒精含量少于规定值时，它会立刻开锁，棒锁收起来，这样车钥匙就能成功的插入钥匙孔，启动发动机。否则，车钥匙会亮起红灯，锁棒就不能收起来，车子也就不能成功的启动。1.2.2 发展前景基于国内的现状，这样能实现自我防御，和自我保护的装置拥有非常宽广的市场及应用前景。政府也必定会在财力和技术方面给予一定的支持，各个汽车制造厂16也会对这种技术有非常大的期待，然后与之合作。这样一种装置能否在最后应用到汽车上，达到普及，这需要我们不断的研究，不断的尝试和努力，让其符合人们的需要。1.2.3酒精检测仪研究表明，酒精不仅会降低驾驶员的反应能力和视线，而且还会让驾驶员的判断能力出现错

10、误。现在有许多检测人体内酒精浓度的检测工具，所以我们有很多种检测方法主要有人体血液取样检测，汗液取样检测，呼气酒精含量检测。不同的场合我们的检测方法也会不同，平时在道路上交通部门人员检测过往车辆驾驶员是否有酒后驾车时通过呼气式的检测仪。它是让驾驶员对着检测仪呼气，然后那个呼气式检测仪就会显示一个酒精浓度的数据。与标准的酒精浓度对比下，就知道驾驶员有没有醉酒驾车了。呼气式的检测方法比血液、汗液取样检测更加的简捷，方便，但是在检测的准确度上会稍有逊色4。为了让醉酒驾车造成的事故更少，各国都在加紧研究更好的防止醉驾的装置。一个好的防酒驾装置要实现两个方面的作用，第一能精确的检测出驾驶员是否醉驾，第二

11、能关闭发动机，让驾驶员无法启动汽车，从而减少交通事故。国内外发明的防醉酒驾车检测的装置主要有酒精呼气检测仪，皮肤接触式酒精探测器，远程酒精探测仪，利用嗅探器检测驾驶室气体的酒精含量；手持式非接触酒精检测器；激光测量酒精装置，检测的是汽车内乙醇蒸汽含量；汗液酒精检测装置，是通过人体的汗液进行检测 。1.3设计内容通过酒精检测仪检测驾驶员酒精浓度，输出相应的信号给电压比较器，电压比较器再输出相对应的高低信号给继电器和语音报警系统。继电器连接发动机的启动电路，通过电磁铁的通断电来实现对发动机线路通断的控制。具体的细节操作：根据系统的需要以及现实生活中的便宜，我们选用选MQ-3型气敏传感器来检测驾驶员

12、呼出的气体；了解电压比较器的功能原理；继电器控制电路的设计，以及继电器控制电路和点火系统启动部分的连接；学习proteus，绘制防酒后驾车系统电路图，制作PCB5。1.4设计方法1.4.1 电路图设计及PCB生成用proteus画出电路图，并在其中选出电路需要的元器件，根据设计需要绘制防酒后驾车设计的电路图，通过该电路图生成PCB图。1.4.2仿真分析法用proteus软件对电路进行仿真，找出其中的缺陷以及不足地方，再进行一定的修改。通过仿真确定该设计电路能不能实现酒后驾车控制原理。第二章 防醉酒驾车方案的选择2.1 防醉酒驾车两种控制方式单片机控制点火系统：这个系统主要是通过酒精传感器、转换

13、器、单片机控制系统、继电器、电机等组成。工作原理是通过酒精传感器检测驾驶员呼出气体的酒精浓度，然后传感器的信号经过A/D转换后输入到单片机中去，然后单片机根据逻辑判断处理，根据驾驶员体内酒精浓度和标定值比较来控制继电器的动作，进而控制汽车启动电机的工作。如果酒精浓度超过正常值，那么电机就无法启动，这样就防止里驾驶员在酒后驾车。单片机里事先写好了需要的程序，让其在输入特定值时就阻止发动机的启动。图2.1 单片机控制点火系统传感器控制汽车供油系统：汽车在发动开始走之前是需要供油系统供油的。而防醉酒驾车系统通过传感器让汽车的供油系统没法供油，从而控制汽车的开启6。这个系统有酒精检测仪、继电器、供油系

14、统组成。首先由酒精传感器检测驾驶员呼出的酒精，然后将信号传输到继电器中，如果检测的酒精浓度超过了正常值，那么继电器就切断车子的供油。让其不供油，那么车子自然启动不了，从而达到控制酒后驾车的目的。防止醉驾汽车电子锁设计 电子电路设计 图2.2 传感器控制汽车供油系统2.2 方案选择 和上面两种酒后驾车控制系统相比，本设计着眼于让防醉酒驾车系统安装在汽车已有的电路中.能让汽车电路只做很小改动的情况下，就实现防醉酒驾车的功能。2.3 设计框图图2.3 本次设计框图第三章 防醉驾电子电路设计3.1 USB电源设计图3.1 USB电源设计 这个USB电源是为整个酒后驾车系统提供电量的，VCC是5V电源，

15、D+是电路线端口无限延伸，D是无限缩短的电路线端口，GND是接地端，S1控制电源的通断，当S1断开时，整个防酒后驾车系统就停止工作。3.1.1酒精度传感器检测方式的选择因为抽血化验，便液检测很繁琐，不够方便，需要的条件多，结果显示不够迅速，所以我们在选择检测驾驶员驾驶汽车时酒精浓度就不能用这两种检测方式。而呼气式酒精检测仪相对其他方式直接，简便而且可靠，能把检测的结果迅速的通过信号传送给下面的电路系统7。3.1.1.1湿化学法湿化学方法的定义是有液体参加的，通过化学反应来制备材料的方法。这一方法在很久以前就开始应用了。检测的方法是用酸性高锰酸钾溶液氧化酒精蒸汽，再根据溶液的褪色的时间检测酒精浓

16、度，现在这个方法仍然是世界上很多国家的检测工具。3.1.1.2气相色谱法酒精被汽化后，跟着载气进入色谱柱，利用他们在柱内不同的迁移速度，最后得到分离。分离后就进入氢火焰离子化检测器，再通过和色谱图上的标准进行对比，得到其法定值。3.1.1.3电化学方法电化学方法是通过驾驶员呼出气体中酒精被催化氧化后释放的能量，再将这个能量转换成电流变化，在从这个变化中看酒精浓度的高低的一种方法。这种测试仪的精确度较高，操作起来较简便，同时也兼具稳定性，在现实生活中应用较广泛。3.1.1.4红外光谱法红外线光谱法是根据红外线被酒精分子吸收的程度，来判断酒精的含量。现在科技越来越发达，这个方法也正被应用到社会中去

17、8。3.1.2 酒精测试仪型号的选择 考虑到方便和经济方面的问题，酒后驾车设计中的酒精检测器材用MQ3型酒精传感器，来判断驾驶员是否有酒后驾车。MQ-3气体传感器对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性（能排除汽油、烟雾、水蒸气的干扰），同时他具有长期的使用寿命和可靠的稳定性，它的驱回电路也比较简单。这样它很好的具备了成为一款优秀的车载酒精检测仪所需要的条件。这个传感器可以检测不同浓度的酒精，是一种适合多种应用的低成本的传感器。它对不同浓度的酒精会有不同的电阻值。1端是提供5V电压的电源，2端接地，3端通过酒精传感器测试的结果以模拟的信号输出。图3.2 酒精传感器MQ3输出信号同酒精浓度为近似的

18、线性关系，如图3.3所示。图3.3 酒精浓度同输出电压的近似关系图表3.1 MQ3传感器参数表A.标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电压15VAC or DCVH加热电压5.0V0.2VAC or DCRL负载电阻可调RH加热电阻313室温PH加热功耗900mWB.灵敏特性符号参数名称技术参数备注Rs敏感体电阻1M- 8 M(200ppm alcohol )适用范围：10-1000ppm Alcohol（200/100）alcohol浓度斜率0.6标准工作条件温度：202 Vc: 5.0V0.1V相对湿度：65%5% Vh: 5.0V0.1V3.2电压比较器 图3.4 电压比较器电压

19、比较器输入是线性量，输出是开关量。它通过将输入的电压与特定的电压值进行比较，再通过比较的结果来判断输出高电压还是输出低电压。电压比较器在许多场合都有应用（自动控制、波形产生与变换、模数转换）。在防醉酒驾车系统中，电压比较器起到一个非常关键的作用，它通过将酒精传感器输出的模拟信号与一个参考固定电压对比，当输入端大于参考电压时，电压比较器输出一端会输出低电压，对D1，D2截止；反之，电压比较器输出低电压。 3.3.继电器控制电路图3.5 继电器控制电路该电路中继电器的使用型号：HK4100F DC5VSHG；触点负载： 3A 220V AC/30V DC；阻 抗： 100m；这种继电器由控制线圈、

20、触电簧片组成，他们彼此之间相互绝缘，当在线圈两头加上额定的电压时，线圈中就有电流通过，由电磁效应，就产生了磁性，从而吸住触电簧片使发电机点火电路断路9。这种继电器价格适宜，耐用不会轻易损坏，转换的效率也比较高，所以适合我们的电路。1端口接点火总开关，5端口接点火线圈。1、5为继电器常闭端，2、6为继电器常开端。 这个电路是由三极管基极的高低电压来控制电路的通断，当是高电压时，继电器工作，线圈通电，常开触点闭合，即2、6端闭合，1、5断开。3端输入的信号通过4端接地。发动机电路断开，汽车无法启动。反之输入低电压时，电路截止，发动机正常运行。继电器中的线圈是有电阻的，在驱动它的时候需要较大的电压，

21、所以把继电器当成负载直接接在集电极上。同时可以在继电器电路中加入一个发光二极管来判断继电器是断开还是吸合的。我们也在继电器线圈上并联一个二极管，这是为了防止晶体管被击穿。3.4 点火系统开关启动电路部分设计图3.6 点火系统SW_C1是点火开关，蓄电池为汽车点火提供电力，它一端接电火线圈，另一端接在继电器上。如果继电器不工作，那么汽车能实现正常的打火。3.5 语音电路设计防止醉驾汽车电子锁设计 电子电路设计 图3.7 语音系统三极管的基极输入端接电压比较器的输出端 ，如果电压比较器输出高电压，那么语音报警系统工作，实现报警。如果输出低电压，那么三极管截止，语音系统不工作。这个语音芯片是高端驱动

22、芯片，有自我保护的功能，非常适合本次设计11。三极管的型号是8550。 3.6防醉驾系统图3.8 防醉驾系统 本系统有两种工作的状态：其中一种是当酒精检测器检测驾驶员呼出气体浓度低于80mg/ml时，酒精传感器3端会将低信号输入到电压比较器输入端的正极。电压比较器参考的额定电压时5V。电压比较器将这两个电压进行比较，因为输入电压低于参考额定电压，于是电压比较器输出一个低电压，一方面，电流流向继电器，Q3基极端输入一个低电压，由三极管的极性电压通断判断，基极电压时低于射极电压的，所以Q3的发射极极点电路截止，继电器也就不工作，从而线圈不通电，1、5常闭端闭合，发动机正常启动。另一方面，这个低电压

23、输向语音报警系统，Q2基极输入端输入一个低电压，所以也是截止的，语音报警系统不工作11。另一种是当酒精检测器检测驾驶员呼出气体浓度大于80mg/ml时，酒精传感器会3端会将一个高电压输入到电压比较器输入端的正极。在让它和参考的额定电压比较12。电压比较器输出一个高电压，当Q3基极端输入一个高电压时，继电器导通，线圈导电，产生磁性，1、5常闭端断开，从而发动机无法实现打火启动。同时，Q2端也输入一个高电压，Q2到导通，报警系统工作，发出报警信号。在整个控制系统中，电源供电都由USB供电，通过开关S1控制整个电路的电源通断。3.7 电路仿真本次电路仿真使用proteus，其具有以下优点：其可提供的

24、大量的仿真元器件资源：包括仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有大概30个元件库。 Proteus可提供的仿真仪表资源：信号发生器、逻辑分析仪、模式发生器、SPI调试器、示波器、交直流电压表、交直流电流表、虚拟终端等。除了现实存在的仪器外，Proteus还可以提供一个图形显示的功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，功能十分丰富，其作用与示波器相似。这些虚拟仪器仪表具有准确的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这样尽可能减少了仪器对测量结果产生的影响6。 在利用proteus仿真过程中该软件没有MQ3敏传感器，所以用光敏传感器代替，而在最后蓄电池到点火线圈电路

25、该软件没有模块原件，也用电压表代替13。3.7.1传感器到电压比较器部分电路仿真仿真时调节光敏传感器的电压大小，电压比较器输出端电压也随着光敏传感器电压的大小变化。表3.2 电阻值与电压比较器输出电压的关系电阻R4R2RV1R3输出电压电阻阻值22K2K10K*60%10K5VR4、R2、RV1、R3在表3.2时的数值时，仿真中光敏传感器在该位置时输出电压为高电压。图3.9 滑动变阻器调到60%时的电路图表3.3 电阻与输出电压关系表2电阻R4R2RV1R3输出电压电阻阻值22K2K10K*78%10K0.05V当改变滑动变阻器RV1的阻值为表3.3数值时，电压比较器输出端输出电压为低电压。图

26、3.10 滑动变阻器调到78%时的电路图 表3.4 电阻值与输出电压的关系电阻R4R2RV1R3输出电压电阻阻值20K2K10K*60%10K0.05VR4电阻值减小时，输出电压为低电压0.05V，如图3.11 图3.11 R4变成20K时的电路图3.7.2继电器控制电路仿真当输入信号加一个高电压时，输出电压仍为高电压，继电器常闭触点断开，常开触点闭合，仿真图如3.12所示。图3.12 输入信号为高电压的电路仿真图当输入信号加入一个低电压时，输出电压仍为低电压，继电器常闭触点仍然闭合，仿真图如3.13所示。图3.13 输入电压为低电压的电路仿真图3.7.3 防酒后驾车设计电路PCB图3.14

27、防醉驾设计电路PCB 3.8 总结通过该设计的制作，我学习了proteus 软件的应用，通过proteus 绘制电路图，仿真，生成PCB等，另外还综合了其他软件的学习应用，如ISIS 7 Professional。在设计中制作论文部分更让我学习了word文档的一些技巧性的操作，对于word文档整体布局有了新的认识。该设计中起到核心作用原件继电器简便又直接的起到控制作用，在原有汽车内部电子电路做最小改动的情况之下控制汽车运行，酒精传感器选择的是呼气式传感器，更有效直接的检测驾驶员酒精浓度是否超标，而在电压比较器输入端加有滑动变阻器，可以用以调节酒精传感器输出信号值的大小变化，在变压比较器输出端加

28、有两个稳压二极管，对电压比较器输出信号起到稳压的作用，同时保护后续电路的正常工作，传感器输出的信号经稳压后有两个方向的传输方向，要确切的按指定方向传输信号，在三极管前端加了分流电阻，用于分流。整个电路设计中不仅运用到以前所学的知识，也在原有知识点上做了更新，丰富了我的文化知识，锻炼了我的思维能力。参考文献1欧尚居酒后驾驶的研究现状与发展方向J. 交通标准法，2011，25(4)：244280.2曹玉民可防酒后驾车的八种新技术J化学教育，2011，36(10)：3438.3黄晖酒后驾车检测技术的现状与发展J中国科技信息，2013，16(13)：174185.4李骏年电力系统继电保护M北京：中国电

29、力出版社，1992，2635.5张红霞，邓正华，谢娜，张先国酒后驾车血液呼气中乙醇检测方法评价J刊事技术，2003，45(24)：5358.6姜桥电子技术基础M人民邮电出版社2009，5056.7王东辉基于单片机的音乐信号处理系统研究D硕士学位论文郑州：郑州大学，2009，7579.8谢维成，杨加国单片机原理和应用J清华大学出版社，2009，26(17)：1822.9 刘丰年气体传感器测试系统D硕士学位论文吉林：哈尔滨理工大学，2003，3742.10Abu Sadat NurullahThe prevalence of alcohol-impaired driving in AlbertaD

30、University of Alberta (Canada)，2010，3438.11A. Arora.Analyzing the process for design of media campaign against drunk driving-road safety in ten countries (RS 10 project) in IndiaJInjury Prevention，2012，18(2)：2735.12Yoshitsugu Fujita An epidemiological analysis of drunk driving accidents in Kagawa Prefecture Comparison of 19972000 and 20032006JJournal of Forensic and Legal Medicine，2008，15(7)：5356.13M. Jagannath, Venkatesh BalasubramanianAssessment of early onset of driver fatigue using multimodal fatigue measures in a static simulatorJApplied Ergonomics，201435(2)：3641.