防酒后驾车系统设计.doc
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2、 【精品文档】第 3 页摘 要对于酒后驾驶现象的频频出现,设计一种智能控制系统防止酒后驾车。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,主要根据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,通过电压比较器的比较后进行稳压,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,这时语音电路实现报警功能。该设计系统是通过呼气检测,测试在安全酒精度范围内时汽车运行,测试结果不在安全范围时汽车不能启动。关键字:点火系统;酒精传感器;继电器;语音电路AbstractIn light of the frequent occurrence
3、 of drunk driving, design an intelligent control system for preventing this phenomenon. This system is mainly composed of the ethanol sensor, voltage comparator, relay, voice alarm module, and power supply. Detect the drivers alcohol concentration, output this information through the voltage signal,
4、 and then stabilize the 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 control ignition system cannot work. The automobile will
5、 stop moving; at this time, the speech circuit performs the alarm function.The detection of this design system is by testing the breath. When the result shows alcohol concentration is within the safe scope, the automobile operates. When alcohol concentration is out of the safe scope, the automobile
6、fails to start. Key words: Ignition System; Ethanol Sensor; Relay; Speech Circuit目 录1 绪论11.1 防酒后驾驶系统发展状况11.2 酒精检测仪21.3设计内容21.4设计思路21.5设计方法31.5.1 电路图设计及PCB生成31.5.2实物制作法31.5.3 示验法32 防酒后驾车设计方案42.1 防酒后驾车两种控制方式42.2 方案选择52.3 设计框图52.4防酒后驾车系统设计原理63 防酒后驾车电子电路设计73.1 USB电源设计73.1.1酒精度传感器检测方式的选择73.1.2 酒精测试仪型号的选择
7、83.2电压比较器93.3.继电器控制电路93.4 点火系统开关启动电路部分设计113.5 语音电路设计113.6防酒后驾车系统123.7 电路仿真133.8 防酒后驾车设计电路PCB134样品制作与调试14总结15参考文献16致 谢17附录A 酒后驾车系统电路仿真图181 绪论1.1 防酒后驾驶系统发展状况当前防酒后驾车技术主要是检测驾驶员呼出气体中酒精度的含量,从而判断驾驶员是否酒驾,主要的类型有以下几种。检测汽车驾驶室内气体酒精含量并控制汽车速度,在汽车中安装酒精检测系统,主要由酒精传感器,放大电路,语音电路等,首先在酒精测试仪中设定酒精超标范围值,运用时检测到驾驶员呼气气体中的酒精度超
8、过限定值范围时,汽车语音系统报警,提示驾驶员,或者是通过控制汽车内部系统使汽车停驶,我们在实际生活中检测到正在行驶的汽车,驾驶员酒精度超标启动防酒后驾车系统迫使汽车停驶,会引起交通堵塞,甚至引发交通事故,于是做了技术上的改进,控制系统控制汽车行驶的速度,使汽车逐渐停驶;酒精锁,酒精锁主要由酒精的检测和电路控制部分组成,其运用在汽车起步时,在汽车启动前驾驶员要用口对准酒精检测仪呼气,如果检测到驾驶员的呼气气体中酒精度含量超过限定值,酒精锁工作,控制汽车点火电源或者是发动机不能工作,汽车不能启动;路边不停车检测系统,在道路的两侧安装检测仪,利用激光技术穿过汽车驾驶室把检测的酒精浓度信号通过光波变化
9、1,分析判定驾驶员是否酒精度超标。由于酒后驾驶对交通安全有着严重危害性,各国都在注重研究防酒后驾驶系统,运用于生活,实现可操作性。我们当前的研究现状有酒后驾驶的法治制研究、酒精对驾驶能力的危害、酒后驾驶的检测方法判断标准研究、酒后驾驶的预防方法研究、酒后驾驶的智能防范技术研究。a)酒后驾驶的法治制研究即通过追究驾驶人的法律责任达到惩戒与预防酒后驾驶的目的,其中包括暂扣驾驶证吊销驾驶证等驾驶资格证,对驾驶人处以经济罚款,实施行政拘留的人身罚,或者是对驾驶人的说服教育。b)利用酒精对驾驶能力的危害解读酒后驾驶的安全危害性进行研究,是否有什么办法能在酒后降低人体酒精度的含量。C)根据取样的不同酒后驾
10、驶检测方法各有不同,当前实用性最强的是呼气检测,特别是在开车的途中交通巡警检查时,运用方法就是呼气检测。例外还包括唾液检测,血液检测等。研究运用可行有效的检测方法判断驾驶人是否是酒后驾驶。d)在加拿大成瘾性研究计划(The Addiction Rese-arch program简称ARP)支持下,以道格拉斯研究中心、帕维隆毒品治疗中心和蒙特利尔的麦吉尔大学组成研究团队开展防成瘾性酒后驾驶研究。研究表明,动机式唔谈法对于预防成瘾性酒后驾驶有显著的效果。这时我们的防范酒后驾驶的重点就转移为驾驶员酒后不在驾驶车辆的问题。e)酒后驾驶的智能防范技术是利用电子设备控制酒后驾驶2,通过电子设备控制汽车内部
11、系统运行,例如传感器检测我们驾驶人的酒精度是否超标,在达到酒精度的一定范围时,汽车能行驶,超过某一范围值时汽车不能运行。1.2 酒精检测仪研究表明,酒精不只是削弱了驾驶人的反应能力和视野,而且还降低了驾驶员的判断能力3,对于利用检测工具检测人体内酒精度含量的方法多种多样,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。其检测的方法多种多样,在不同的场合所运用的检测方式不一样,一般交通部门用于检测驾驶员是否酒驾都是用检测仪检测驾驶员呼气中乙醇含量的标准进行检测,呼气检测方法较血液、汗液取样检测更简便,更直接,但是检测的精准度较血液、汗液取样检测低。为了防止酒后驾车现象的发生,各国对酒精检
12、测装置正努力研究开发,要实现两个方面的作用,第一对驾驶员饮酒进行检测,第二对车辆进行实际控制。国内外开发的防酒后驾车检测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 4。1.3设计内容本设计主要设计自动防止酒后驾驶的继电器控制系统,主要采用继电器的开关保护作用作为该系统的核心元件,通过呼气酒精检测仪检测驾驶员酒精浓度,当驾驶员酒精浓度超标时,继电器工作实现开关保护功能,断开点火系统启动部分电路,这时语音电路报警。本设计包括以下几
13、个方面内容:a设计继电器控制电路,以及继电器控制电路与点火系统启动部分的衔接;b学习Protel 99 SE软件的操作,绘制防酒后驾车系统电路图,制作PCB;C制作实物图,试验检测该设计系统的工作正常与否。1.4设计思路为控制或者是减少酒后驾车现象引起的交通事故的发生,防酒后驾车系统设计是基于继电器硬件控制该现象的发生。该控制系统由USB电源,酒敏传感器,电压比较器,继电器保护控制电路配合实现酒后驾驶控制功能。酒敏传感器安装在汽车驾驶室内,检测驾驶员开车前的酒精度,检测的酒精浓度大小以模拟的电压信号输出,经过电压比较器,把输入线性量转换为输出的开关量。a当检测到驾驶员的酒精度超过限定范围(大于
14、20mg/ml)时,输出高电平,经过电压比较器后,接通三极管,继电器工作,控制点火系统蓄电池到点火线圈电路启动部分的通断,从而控制汽车停驶,而电压比较器输出的高电压另一传输方向传输到语音报警电路,三极管导通,语音电路实现报警功能。B当检测到驾驶员的酒精度正常(小于20mg/ml)时,酒精传感器输出低电压模拟信号,经电压比较器到三极管,这时根据三极管极性电压判断,三极管截止,继电器相当于不工作,汽车点火系统工作,汽车正常运行;而语音电路由于三极管截止而停止工作,不实现报警功能。1.5设计方法本课题设计主要设计方法分为电路图设计及PCB生成,实物制作法,示验法。1.5.1 电路图设计及PCB生成运
15、用Protel 99 SE软件制作电路图,在Protel 99 SE画图工具中选择电路元器件,根据防酒后驾车设计需要绘制相应系统电路图,通过该电路图生成PCB图,制作成电子原件板。1.5.2仿真分析法利用ISIS 7 Professional软件对控制电路进行仿真,查出电路图中所存在的缺陷以及错误的画法,通过仿真确定该设计电路能不能实现酒后驾车控制原理。1.5.2实物制作法在原理图的基础之上购买相应原件,利用学校实验室,焊接电路板。1.5.3 示验法在所有工序都完成的情况下,用不同浓度的酒精对准酒敏传感器,观察语音报警器的工作情况是否符合该系统的原定设计酒精测量范围。2 防酒后驾车设计方案2.
16、1 防酒后驾车两种控制方式方案一:单片机控制点火系统防酒后驾车设计是实现防止驾驶员饮酒后驾车引起安全事故的发生,保证交通运行的正常,当前运用的是软件控制系统,通过单片机8051控制发动机的工作,从而保证汽车的运行。主要是通过安装在驾驶室的酒敏检测元件检测出驾驶员是否酒后驾车,再把检测的信号输出到汽车电子控制单元ECU,由单片机程序判定,最终控制点火系统的工作,在检测到驾驶员属于酒精度超标的状况下,电子控制单元就会迫使汽车点火系统不工作,汽车不能实现打火。酒精检测仪信号处理ECU点火系统电源 图21方案二:传感器控制汽车供油系统汽车运行之前由供油系统供油,接通电源实现打火,而防酒后驾车系统里传感
17、器让车辆供不了油并切断发动机,而达到控制汽车运行的状态。防酒后驾车系统控制汽车供油系统工作,利用传感器来控制供油。主要是通过安装在驾驶室内的酒精检测仪检测的信号传输到继电器,由继电器的开关保护原理使车辆供不了油,并切断发动机工作。点火开关打火分电器分电供油系统供油酒精传感器图222.2 方案选择相比于以上两种酒后驾车控制系统都运用到软件控制,而该设计着眼于在酒后驾驶系统安装在汽车中实现电路设计化更简单、便捷、有效,在汽车原有电路中做到改动最小的情况之下安装防酒后驾驶系统控制汽车的停驶,所以在方案一的基础之上做一个改进,该设计主要控制汽车内部电路点火系统部分的启动部分电路,利用继电器的开关保护原
18、理控制点火系统启动部分电子电路的通断,从而控制点火系统的开关电路到点火线圈部分电路的通断,达到控制汽车停驶的目的。2.3 设计框图驾驶室酒精检测仪信号处理蓄电池点火开关继电器启动运转图23点火系统在启动时有两个部分,点火开关由蓄电池提供的电源接通后,有启动和运转两个准备项目,当点火开关开关电路闭合过程中,由酒精检测仪监测的结果使继电器处于工作或者停止工作两种状态;驾驶员属于酒后驾驶时,继电器常闭触点断开,使点火开关到点火启动部分电路断开,不能工作,发动机不运转,汽车不能启动,反之驾驶员没有酒驾,继电器常闭触点任然闭合,点火开关启动部分工作,发动机运行,汽车运行。2.4防酒后驾车系统设计原理驾驶
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