司立宇，郑要权

（德州学院，山东德州 253023）

基于单片机的防酒驾系统设计

司立宇，郑要权

（德州学院，山东德州 253023）

采用 AT89S52 作为系统的中央处理单元，用于接收气体传感器的输入信号，以及控制继电器动作。选择MQ-3 型气体传感器作为检测呼出气体中酒精含量的传感器，检测结果输入到单片机内。继电器的两个输出控制端一路连接酒驾报警灯，另一路连接发动机的打火装置。当呼出气体正常时继电器连接发动机打火装置，汽车可以启动；当呼出气体酒精含量超标时继电器则连接酒驾报警灯，车辆无法启动。文章进行了电路原理图设计及软件程序设计，最后通过 Proteus 软件的 ISIS 模块进行了电路仿真，验证了本设计合理，功能完备。

防酒驾；气体传感器；电路设计；Proteus 仿真

1 概述

随着我国机动车保有量的增加，人们驾车出席各种活动的场合也会与日俱增。席间推杯换盏，导致酒驾醉驾的交通事故也正在呈上升态势；酒后驾车已成为车祸致死的重要原因。酒精会对道路安全造成如此严重的影响，主要是因为以下几个原因：

（1）车辆的驾驶员一旦饮酒后，当身体的酒精摄入量达到一定量后，将会影响驾驶员的中枢神经，使之逐渐麻痹，功能性失调。经常看到喝醉的人走路摇晃，原因就是中枢神经的麻痹，导致行动迟缓，动作不协调，并且对外界的刺激也不敏感，增加了驾驶员的反应时间。

（2）酒精对于驾驶员的意识和视力也有影响。酒精的刺激使得驾驶员意识逐渐模糊，而且注意力也下降，视线变得越来越模糊，对道路情况判断不准确。

（3）一般人喝酒后，会对危险意识不足，高估自己的能力和对环境判断不足，再加上各种感观如视线听力、反应等都会大幅下降，因此此时驾车危险极大。

本设计成果综合国内外研究的成果，结合我国实际应用，采用呼气式酒精检测方法检测驾驶员是否饮酒，并基于单片机控制继电器动作，切断/接通机动车发动机电脑的防酒驾系统。文章首先对研究背景进行介绍，然后分析目前国内外防酒驾技术的发展状况。结合现有研发思路和科技水平，设计一款简单易操作，并且具有良好移植性的基于单片机的防酒驾系统。确定基于单片机的防酒驾系统的功能流程后，针对系统功能设计硬件电路。利用 Keil软件编写程序并且进行调试，最后使用 Proteus 软件对电路和程序进行仿真。

2 硬件系统设计

（1）系统功能设计。本系统的设计初衷是避免驾驶员酒驾的发生。因此，当驾驶员上车后，将机动车供电系统打开，汽车电脑控制系统及各部件传感器开始上电自检，与此同时本系统也同时上电，并通过气体传感器监测是否酒精含量超标。如果未超标，继电器处于常闭状态，不动作，机动车可以正常打火并启动；如果酒精含量超标，继电器断开机动车打火装置，汽车无法启动行驶，红色告警灯敞亮报警。

图1 防酒驾系统工作流程图

（2）单片机控制系统。单片机种类繁多，其中 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。它是 AT89C51 的升级版本，不仅增加了功能，还具有在线可编程功能，更方便了程序调试。单片机控制系统包括单片机、电源电路、复位电路及晶振电路几部分组成，它们构成了单片机的最小系统。

（3）继电器模块。继电器模块主要由继电器及其驱动电路组成。其作用是，根据单片机输出的信号接通汽车发动机打火装置；或者是切换到酒精检测超标的告警灯，从而切断汽车发动机打火装置。从单片机发出的驱动信号经过一个三极管放大电路后，连接到继电器的信号输入引脚。

图2 继电器模块电路原理图

（4）电源模块。机动车的蓄电池电压主要有 12V 和 24V。作为小型家用车，一般蓄电池电压为 12V，因此本设计采用12V 电源输入，经过一个起稳压作用的三端稳压集成电路LM7805 电路后，为单片机最小系统、传感器模块及继电器模块的提供电源输出。旁路滤波电容可以减少由于电压波动而带来的对电路信号和供电的影响，从而提高系统的噪声容限。

图3 电源模块

3 硬件电路原理图

（1）开发环境介绍。在电子电路设计中，应用最广泛的EDA 辅助进行印刷电路板设计的软件就是由 Altium 公司设计开发的 Altium?Designer 软件（前身是 Protel软件）。它是目前行业中公认的操作简便快捷，最方便，人机交互界面最人性化的辅助设计工具。并且大学阶段也有学习过该软件的设计使用。虽然各种版本的印刷电路板辅助设计软件很多，并且有多个年代版本，但很多印刷电路板的制板场也都默认接受protel 99se 版本文件，可见其在行业内的地位举足轻重。

Altium Designer 是一款将电子产品设计所需的开发环境整合到一起，形成一个软件的集成平台。它可以提供设计任务所需的所有工具，例如原理图、PCB 设计，HDL 设计输入，信号完整性分析，基于 FPGA 的嵌入式系统设计和开发等等。在本毕业设计中用到了 Altium Designer 软件的原理图设计模块功能。

（2）硬件原理图设计。打开 Altium Designer 软件，创建工程文件并在其目录下新建一个原理图文件。设置文件属性参数，例如光栅格等参数。在元器件库中选择所需要的元器件，放置在工作区内。根据以上内容，调整元器件位置摆放，并修改元器件参数，进行连线并自动命名。对电路进行电气规则检查。系统的硬件电路原理如图4 所示：

图4 系统电路原理图

4 软件程序

本系统上电后自动运行，完成系统的初始化后，主程序运行，系统自动检测传感器状态。当酒精含量检测超标时自动切断发动机打火装置；否则可以正常启动发动机。其软件流程如图5 所示。

图5 系统软件流程图

5 电路仿真

使用 Keil μVision4 编写程序代码并且编译通过后，就可以对硬件实物或者软件仿真进行测试。在本论文将使用Proteus 软件对电路原理图以及软件程序进行电路仿真。Proteus 是由一家英国公司，Lab center Electronics 开发的计算机辅助设计软件。它不仅有电路仿真的功能，还可以设计 PCB从而加工印刷电路板，以及虚拟模型仿真三个功能。目前可以对 8051 系列单片机、PIC、MSP430、AVR、ARM 以及 DSP 系列芯片进行仿真。

6 结语

文章设计了一款基于单片机的防酒驾系统。它采用MQ-3 型气体传感器作为检测呼气中酒精含量的传感器，AT89S52 作为控制芯片，对传感器的检测结果输入到单片机内。当检测呼气中酒精含量超标时，继电器切断汽车发动机打火装置并报警。系统具有移植性好、操作简单、响应速度快、成本低等特点，适合经济型家用小型车辆使用。可以从技术角度进一步杜绝酒驾的产生。系统通过电路设计、软件编程并在Proteus 软件的 ISIS 模块中进行仿真，验证了本设计的系统功能完善、可靠。

［1］王宇峰.国内外智能交通系统研究现状简介［J］.硅谷，2008，（12）.

［2］郑艳芳.基于道路及环境因素的城市交通安全分析研究［D］.福建：福州大学，2005.

［3］李群芳，张士军.单片机微型计算机与接口技术［M］.北京：电子工业出版社，2005.

Design of Drunk Driving Prevention System Based on Single Chip

SI Li-yu，ZHENG YA O-quan
（Dezhou College，Dezhou，Shandong 253023，China）

This paper uses AT89S52 as the central processing unit of the system，which is used to receive the input signal of the gas sensor，and control the relay action.The MQ-3 type gas sensor is selected as the sensor for detecting the alcohol content in the exhaled breath，and the detection result is input into the single chip microcomputer.One end of Two output control relay is connected to drunk driving warning lamp，another end is connected to the ignition device of engine.When the exhaled air is normal，relay is connected to the engine ignition device，the car can start；when the exhaled air contains more alcohol than the standard，the relay is connected with the drunk driving warning lights and the vehicle can't start.The paper designs schematic circuit diagram and software programming，and finally it proves that the design is reasonable and the function is complete through the circuit simulation of ISIS module by Proteus software.

drunk driving prevention；air sensor；circuit design；Proteus simulation

U463.6

A

2095-980X（2016）12-0032-02

2016- 10-24

司立宇（1996-），主要研究方向：汽车服务工程。