車載酒精檢測系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計說明書

1、 目次1 緒論11.1課題研究背景11.2國內(nèi)外車載酒精檢測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀11.3本文創(chuàng)新點21.4論文的結(jié)構(gòu)安排21.5課題研究的意義32 車載酒精檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)42.1數(shù)據(jù)融合技術(shù)42.2 gprs技術(shù)簡介83 系統(tǒng)的單元硬件設(shè)計103.1車載酒精檢測系統(tǒng)的概述103.2系統(tǒng)的總體設(shè)計分析113.3控制器的電路設(shè)計133.4酒精傳感器模塊143.5液晶顯示模塊163.6 gprs模塊的硬件電路設(shè)計173.7電源電路設(shè)計174 系統(tǒng)軟件的設(shè)計194.1 mdk開發(fā)環(huán)境的介紹194.2系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)204.3系統(tǒng)主程序設(shè)計204.4酒精信息采集單元的軟件設(shè)計214.5模糊控制算法的程序設(shè)計

2、224.6 gprs模塊程序設(shè)計225 系統(tǒng)的調(diào)試與測試245.1系統(tǒng)測試與總結(jié)245.2顯示界面設(shè)計255.3車載酒精系25總結(jié)27致謝29參考文獻30第31頁 共30頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）1 緒論1.1課題研究背景 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，買車自然就成為了大多數(shù)家庭的生活需要。據(jù)有關(guān)人士統(tǒng)計，在最近的十年期間，中國的汽車產(chǎn)量和銷量穩(wěn)居世界前三，是當之無愧的汽車產(chǎn)銷大國。除此之外，我國的酒文化深入人心。從古至今，酒是親戚好友聚會的必需品。在當今社會，盡管每個人都知道喝酒不開車，開車不喝酒，但還是會有人報有僥幸心理，因此酒后駕車時有發(fā)生，在我國顯得尤其嚴重。酒后

3、駕車給自己和別人的家庭帶來了不可挽回的傷害。據(jù)統(tǒng)計，每年酒后駕車引起的車禍占所有車禍的40%以上，造成的個人和國家損失達好幾十億。因此，如何有效的減少酒駕的發(fā)生成為社會輿論的焦點之一。 近年來，檢測技術(shù)取得了較大的進步，依靠傳感器檢測的手段正慢慢步入人們的生活中。比如溫度傳感器、煙霧傳感器等等。各種各樣的傳感器被應(yīng)用在不同的場合中來達到檢測的目的。同時，由于單一傳感器檢測的數(shù)據(jù)并非可靠，為了進一步保證所得數(shù)據(jù)的準確性，多傳感器的檢測系統(tǒng)也是層出不窮，這里就采用了數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將多傳感器所得的數(shù)據(jù)進行融合處理，以達到一個較為準確的測量值。 在此背景下，為了避免酒后駕車的發(fā)生以及單一傳感器帶來的不

4、準確性，本文將傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)和gprs技術(shù)結(jié)合，設(shè)計了一套具有自行檢測功能的車載酒精檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了酒駕數(shù)據(jù)的采集、發(fā)送等功能。本系統(tǒng)設(shè)計的方案滿足了無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所要求的智能化和網(wǎng)絡(luò)化的要求，并且有成本低、可靠性高、便于進行維護等優(yōu)點。1.2國內(nèi)外車載酒精檢測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1957年，世界上第一臺醉酒呼吸分析儀在瑞典首次投入使用，標志著酒后駕駛檢測的開始。接著英國斯托爾大學生理學家霍爾瓦特設(shè)計一套名為“個人警察”的監(jiān)督系統(tǒng)，依據(jù)駕駛員審視車輛行駛方向的范圍，判斷駕駛員的酒駕程度，確定是否報警。日本采用變檔器上的探測聲納生來探測駕駛員手上汗液中的酒精含量，如果超出預設(shè)值時，汽車會

5、自動上鎖，并且通過車內(nèi)的語音報警系統(tǒng)提醒司機嚴禁酒后駕車。目前我國大多使用高靈敏、高穩(wěn)定的警用酒精濃度測量儀來測量是否酒駕。該儀器的酒精偵測元件采用先進的電化學傳感器，同時采用先進的大規(guī)模集成電路作為數(shù)據(jù)處理單元。除此之外，還采用了先進smt工藝作為裝配工藝，具有寬范圍溫度操作，且能自動吹氣流量偵測與控制，偵測出駕駛者是否吹氣作弊等特點，同時具有便捷的操作界面，較大的內(nèi)存容量、且能將數(shù)據(jù)通過usb接口上傳到電腦，但其成本也相對較高，同時需要交警人員去強制檢測，有一定的局限性。同時，我們國家正在積極開發(fā)車輛預警方面的相關(guān)設(shè)備。其研究內(nèi)容為:車輛運行狀態(tài)、駕駛狀態(tài)、環(huán)境實時監(jiān)測技術(shù)、異常駕駛狀態(tài)實

6、時識別技術(shù)等。研究目的:通過研發(fā)監(jiān)測預警裝置，形成司機行為的實時監(jiān)控技術(shù)，提供減少交通事故的技術(shù)支持，研發(fā)出最新設(shè)備，采用實車來證明設(shè)備的先進性和可行性。1.3本文創(chuàng)新點 本文的創(chuàng)新點主要有: 1.避免了人為檢查的局限性、節(jié)省了大量的人力物力。 2.利用融合技術(shù)得到多傳感器的數(shù)據(jù)融合，相比相同空間內(nèi)的單一的傳感器，數(shù)據(jù)更加可靠精確。 3.將酒駕車輛的相關(guān)信息通過gprs技術(shù)發(fā)送到交警部門控制中心的服務(wù)器上或相關(guān)負責人的手機上。1.4論文的結(jié)構(gòu)安排 第一章是論文的緒論部分。介紹了課題的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，安排了論文的結(jié)構(gòu)，最后介紹了課題研究的意義。 第二章是相關(guān)技術(shù)的簡介。利用融合技術(shù)得到

7、酒精傳感器的融合數(shù)據(jù)，利用gprs技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。 第三章是系統(tǒng)的單元硬件設(shè)計部分。簡單介紹了車載酒精檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。通過查找資料，選擇出系統(tǒng)中的最佳器件型號，著重設(shè)計了酒精數(shù)據(jù)采集單元的硬件選型和電路設(shè)計；并對中心控制單元和數(shù)據(jù)收集顯示單元進行了簡單的電路設(shè)計。 第四章是系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分。介紹了mdk等編譯環(huán)境，同時為節(jié)約開發(fā)周期，本系統(tǒng)選擇模塊化的設(shè)計思想。系統(tǒng)分別對酒精數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)收集顯示單元和中心控制單元進行了設(shè)計，并給出了實現(xiàn)系統(tǒng)功能的具體流程圖。 第五章是系統(tǒng)的調(diào)試與測試部分。主要是對信息采集單元能否按照預期目標工作進行測試，包括對數(shù)據(jù)融合算法的準確性、顯示界面

8、、參數(shù)設(shè)置以及gprs模塊sim900a通訊功能等進行測試，通過測試結(jié)果分析，所選傳感器、gprs模塊以及模糊控制算法基本能夠滿足系統(tǒng)的工作要求。1.5課題研究的意義 在人均汽車擁有量不斷增加的時代，加上我國深入人心的酒文化，酒后駕車時有發(fā)生。因此選擇車載酒精檢測系統(tǒng)作為研究對象，具有重要的價值和現(xiàn)實意義。根據(jù)本人的調(diào)研，了解到車載酒精檢測系統(tǒng)具有巨大的開發(fā)潛力，但是由于之前所設(shè)計系統(tǒng)的局限性，車載酒精系統(tǒng)沒有像人們期待的那樣迅速發(fā)展。 本課題研究的目標是設(shè)計實現(xiàn)一個具有自行檢測、實時上傳、價格低廉的車載酒精檢測系統(tǒng)。采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)實現(xiàn)多個酒精傳感器的數(shù)據(jù)融合、利用gprs技術(shù)向外發(fā)送酒駕數(shù)

9、據(jù)、有效防患因駕駛員酒后駕車引起的交通事故。在研究的過程中，學習了stm32，融合技術(shù)、酒精傳感器以及gprs模塊的相關(guān)知識以及使用方法，同時加強了在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。2 車載酒精檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 這個系統(tǒng)用到了數(shù)據(jù)融合技術(shù)，對三個酒精傳感器測得的數(shù)據(jù)進行融合處理，得到最終的一個數(shù)值與預設(shè)值做比較；達到預設(shè)的報警值則通過gprs技術(shù)將當前酒駕的濃度值以及車主的身份證發(fā)送到交警部門控制中心的服務(wù)器上或者相關(guān)負責人的手機上。2.1數(shù)據(jù)融合技術(shù)2.1.1數(shù)據(jù)融合的概念數(shù)據(jù)融合技術(shù)(data fusion technology)是從多個傳感器或多源信息進行綜合處理，從而得到更準確的、可

10、靠的結(jié)論。其嚴格的定義是:利用計算機技術(shù)在一定的準則下對按時序獲取的若干傳感器的觀測信息加以自動分析、綜合以完成估計任務(wù)和需要的決策而進行的信息處理技術(shù)。2.1.2數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展進程 1973年，美國國防部資助開發(fā)了聲吶信號理解系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)用得最早70年代末，基于多傳感器采集的信息整合意義的數(shù)據(jù)融合技術(shù)逐步在公開的文獻中出現(xiàn)。隨后，傳感器技術(shù)得到了飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)融合技術(shù)的理論及應(yīng)用研究得到了較快進展。1984年美國三軍政府組織成立了數(shù)據(jù)融合技術(shù)專家組(dfs,data fusionspecialists）在軍事領(lǐng)域，一個單一的傳感器己經(jīng)不再滿足戰(zhàn)爭的需要，必須運用多傳

11、感集成來獲取多種觀測數(shù)據(jù)，識別目標屬性，分析行為意圖和態(tài)勢估計，精確制導，輔助決策等。在多傳感器系統(tǒng)中，信息關(guān)系的復雜性、己極大超越了傳統(tǒng)信息處理方法的能力范圍，因此多傳感器信息融合技術(shù)(msdf，multi-sensor data fusion)應(yīng)運而生。隨著通信技術(shù)、計算機技術(shù)的快速發(fā)展，且密切相關(guān)，加上軍事應(yīng)用的特殊迫切需要，數(shù)據(jù)融合技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。并且依靠其高速、低成本及高可靠性等優(yōu)點，在不少領(lǐng)域中都展現(xiàn)了其及其廣闊的應(yīng)用前景。在中國，數(shù)據(jù)融合技術(shù)被列入“八五計劃”中的關(guān)鍵技術(shù)，并批準一些重點研究項目，盡量給予更多的財政支持。盡管我們起步較晚，但可以借鑒國外的經(jīng)驗和己有成果，力爭

12、在模糊控制、融合算法等基礎(chǔ)理論上有所突破。在軍事應(yīng)用領(lǐng)域中，我國己陸續(xù)開發(fā)了一批自動化指揮系統(tǒng)，但大體上都是針對單一傳感器信息進行信息處理，因此對于多種類多平臺傳感器的數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究己經(jīng)勢在必行。2.1.3數(shù)據(jù)融合技術(shù)的基本原理充分利用多源信息資源和傳感器信息數(shù)據(jù)，通過對多源信息或各種傳感器及人工觀測信息的合理分配與使用，將各種信息數(shù)據(jù)在時間上和空間的冗余信息與互補，根據(jù)某種優(yōu)化準則或融合算法組合來，產(chǎn)生對觀測對象的一致性描述和解釋，并推出更為合理的處理方案。數(shù)據(jù)融合控制中心對來自多個傳感器的處理信息進行融合，或?qū)碜远鄠€傳感器信息和人機界面的觀測數(shù)據(jù)進行信息融合，并提取特征信息，在推理機

13、作用下，將特征信息與知識庫中的知識匹配，做出綜合的決策估計提供給用戶。按照信息抽象的層次來分，數(shù)據(jù)融合的級別可分為數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融合。對于數(shù)據(jù)層融合，是指直接對傳感器的觀測信息進行融合處理，再交由特征處理和判斷決策。特征層融合，屬于中間級的融合，它首先對來自傳感器的原始信息或?qū)碜远鄠€傳感器信息和人機界面的觀測數(shù)據(jù)進行特征處理，然后再對特征信息進行綜合分析和處理，做出決策判斷。決策層融合是對不同類型的傳感器觀測同一個目標而獲得的信息進行本地基本處理，建立對所觀測目標的初步結(jié)論，然后再通過關(guān)聯(lián)處理進行決策層的融合判斷，從而獲得理想決策估計。2.1.4數(shù)據(jù)融合的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

14、是一種從多個信息源的數(shù)據(jù)進行集成和處理技術(shù)，是許多傳統(tǒng)學科和新技術(shù)的集成與應(yīng)用，如模式識別、智能控制、決策論、通信、信號處理、最優(yōu)化技術(shù)、估計理論、不確定性理論、計算機科學、數(shù)據(jù)挖掘等。在實際應(yīng)用中，不同的學者提出了許多方法，使得數(shù)據(jù)融合技術(shù)在不同方向上得到了應(yīng)用。常用的數(shù)據(jù)融合技術(shù)有一下幾種，如圖2-1所示，其中主要分了經(jīng)典數(shù)據(jù)融合技術(shù)和現(xiàn)代融合技術(shù)兩大類。圖2-1 數(shù)據(jù)融合相關(guān)技術(shù)本文主要應(yīng)用了數(shù)據(jù)融合技術(shù)的模糊控制理論方法，屬于智能控制的應(yīng)用范疇。下面主要描述一下模糊控制理論方法的相關(guān)知識。模糊邏輯控制(fuzzy logic control )，簡稱為模糊控制(fuzzy contro

15、l )，基于模糊集理論，模糊語言變量，基于對人的判斷邏輯仿真的思想方法的模糊邏輯推理理論，在計算機的邏輯推理和決策過程的模擬，進而達到人工智能控制的目的。一個標準的模糊邏輯控制系統(tǒng)的架構(gòu)主要包含五個主要部分，即:變量定義、模糊化、知識庫、模糊推理及解模糊化。1)變量定義:根據(jù)系統(tǒng)的要求，決定選擇被觀察到，考慮到控制作用為模糊變量的模糊邏輯控制系統(tǒng)的程序。2)模糊化:根據(jù)模糊集理論，以適當?shù)谋壤龑⑤斎胱兞恐缔D(zhuǎn)換到模糊語言變量的語言值，這里的轉(zhuǎn)換主要是基于模糊集合的隸屬度函數(shù)。3)知識庫:知識庫由兩部分組成:規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫，其中規(guī)則庫則由一系列語言控制規(guī)則來描述控制目標和策略、數(shù)據(jù)庫提供相關(guān)定義來

16、處理模糊數(shù)據(jù)。模糊控制規(guī)則庫的來源主要有4條途徑，分別是基于專家的經(jīng)驗和控制工程知識、基于過程的模糊模型、基于操作人員的實際控制過程與基于模糊控制的自學習。4)模糊推理:模仿人類在做出決策判斷時的模糊概念，運用模糊邏輯和模糊推理論法進行推論，得到模糊控制的訊號。最基本的模糊推理形式為:前提1 if a then b前提2 if結(jié)論 then其中，a、為模糊集合論域上的模糊子集，b、為另一論域上的模糊子集。模糊邏輯推理的推理方法一直處于發(fā)展之中，其中比較經(jīng)典的推理方法有:takagi-sugeno型模糊推理算法、larsen模糊推理運算算法、mamdani型模糊推理算法等。5)解模糊化(反模糊化

17、)將模糊推論所獲得的模糊值根據(jù)一定的去模糊化方法轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)中明確的控制訊號做出整個模糊控制系統(tǒng)的控制操作。所謂去模糊化或作模糊判決是指將輸出的語言模糊量根據(jù)一定的方法變換為精確的數(shù)值。去模糊化常用的方法有:重心法，加權(quán)平均法，最大程度的隸屬函數(shù)，隸屬度限幅元件平均法和中值法等。一個標準的模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。 圖2-2模糊控制的基本結(jié)構(gòu)2.1.5數(shù)據(jù)融合技術(shù)的主要特點 數(shù)據(jù)融合技術(shù)相對于單一的數(shù)據(jù)處理技術(shù)而言，主要的特點包括如下方面:1.增加了整個系統(tǒng)的生存能力。在某些傳感器或若干數(shù)據(jù)源不能利用或收到干擾時，總會有一定數(shù)目的數(shù)據(jù)源可以提供可靠信息，使整個系統(tǒng)不受干擾，進而連續(xù)運行

18、、弱化故障，增加檢測概率。2.增加系統(tǒng)決策的可信度和可靠性。對多個數(shù)據(jù)源提供的信息進行融合處理，使整個系統(tǒng)的決策判斷更加準確，減少單個數(shù)據(jù)源提供信息不可靠的影響。3.提高了系統(tǒng)的分辨能力。多數(shù)據(jù)源信息較單數(shù)據(jù)源信息具有更高的分辨力，使整個系統(tǒng)對觀測量的敏感能力增強，進而使系統(tǒng)對觀測量的細微變化做出更加精確的決策判斷。2.2 gprs技術(shù)簡介gprs是通用無線分組業(yè)務(wù)(general packet radio service)的英文簡稱，是第二代移動通信gsm向第三代移動通信3g過渡的技術(shù)，因此屬于國際流行的2.5代移動通信技術(shù)，是一種遠程數(shù)據(jù)傳輸通信技術(shù)。相對gsm來說，其優(yōu)勢在于在gsm的基

19、礎(chǔ)上建立了gprs系統(tǒng)，即增加了gprs服務(wù)支持節(jié)點和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點，以及點對點數(shù)據(jù)服務(wù)中心等。另外，gprs的數(shù)據(jù)率為171.2kbit/s，高于 gsm的9.6kbit/s，并且實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分組傳輸，對于數(shù)據(jù)應(yīng)用來說，傳統(tǒng)的電路交換浪費資源，因此分組交換在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面效率要高得多，從而節(jié)省了帶寬，減少了傳輸費用。gprs網(wǎng)絡(luò)的主要特點如下:1.高可靠性和穩(wěn)定性。2.永遠在線，接入速度快。在數(shù)據(jù)收發(fā)的過程中，移動終端能夠立刻向網(wǎng)絡(luò)申請網(wǎng)絡(luò)資源，不需要重新?lián)芴枺尤霑r間小于ls。3.傳輸速率高。gprs網(wǎng)絡(luò)的最高數(shù)據(jù)率可達171.2kbit/s。 4.支持多種服務(wù)質(zhì)量qos（quality of

20、service )。gprs網(wǎng)絡(luò)支持低、中、高優(yōu)先權(quán)以及資源預留四種服務(wù)質(zhì)量，進而提供了更多選擇的機會。5.按流量大小收費，改變了以往按時間收費的不足。6.支持ip協(xié)議和x.25協(xié)議，實現(xiàn)了與internet/intranet的兼容，增大了覆蓋范圍。由于本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量不大，但需要比較快的響應(yīng)速度，需要將信息及時的發(fā)送到控制中心，所以本系統(tǒng)選擇gprs網(wǎng)絡(luò)將酒駕數(shù)據(jù)上傳至交警部門的控制中心。通過gprs網(wǎng)絡(luò)將各個設(shè)備終端共同連接到控制中心，可以實現(xiàn)任意地點的遠程數(shù)據(jù)傳輸，控制中心可以實時獲取到系統(tǒng)的相關(guān)信息，相對于gsm系統(tǒng)，具有響應(yīng)快，成本低的特點，本系統(tǒng)采用的gprs模塊為sim900a。本

21、部分的基本實現(xiàn)過程如下:控制中心系統(tǒng)建立一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，監(jiān)聽來自監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接，當監(jiān)測系統(tǒng)需要將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳遞到控制中心時，會通過gprs網(wǎng)絡(luò)建立一個tcp或者udp連接，當連接成功建立后就可以將數(shù)據(jù)可靠的傳輸?shù)娇刂浦行?，在控制中心進行分析，通過解析數(shù)據(jù)做出回應(yīng)。通信結(jié)束后，系統(tǒng)斷開連接，完成整個通信過程。3 系統(tǒng)的單元硬件設(shè)計3.1車載酒精檢測系統(tǒng)的概述車載酒精檢測系統(tǒng)是指利用傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及gprs技術(shù)自動讀取車內(nèi)空氣中酒精含量，并進行綜合處理，最終作為司機酒駕的依據(jù)。車載酒精檢測系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)自行檢測、實時上傳功能，還能為交警部門節(jié)省大量的人力物力。目前對于酒精檢測的

22、種類很多，按照檢測方式的不同可分為人為檢測和自行檢測。人為檢測即公安交管部門通過交警人員采用便攜式酒精測試儀強制性的來檢測司機是否酒后駕車，且只能針對部分車輛抽樣檢測，具有局限性。自行檢測即利用酒精傳感器來檢測車內(nèi)的酒精含量，但以前設(shè)計的系統(tǒng)基本上是一個單個酒精傳感器，對車內(nèi)氣體的流通情況欠缺考慮，干擾大從而使得數(shù)據(jù)的可靠性不高，因此難以很好推廣。本系統(tǒng)中選擇數(shù)據(jù)融合技術(shù)和gprs技術(shù)相結(jié)合的方式進行數(shù)據(jù)的處理以及傳輸，解決了上述兩種酒精檢測存在的問題。綜上所述，我們設(shè)計了用mq-3和me3 a-czh50h來檢測車內(nèi)的酒精含量、用模糊控制算法對數(shù)據(jù)進行融合處理，用stm32單片機作為控制中心

23、。結(jié)合gprs遠程無線數(shù)據(jù)傳輸將酒駕車輛的相關(guān)信息發(fā)送至交警大隊的控制中心。該系統(tǒng)具有功耗低，實時性好，數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)葍?yōu)點。3.1.1車載酒精檢測系統(tǒng)的設(shè)計原則為了有效的防止酒駕的發(fā)生，本系統(tǒng)是基于以下設(shè)計原則研究開發(fā)的:1.實用性原則本系統(tǒng)采用mq-3和me3a-czh50h來檢測車內(nèi)的酒精含量，無需人為檢測，具有實時性強，安全可靠等優(yōu)點。2.可靠性原則本系統(tǒng)采用模糊控制算法對酒精傳感器測得的數(shù)據(jù)進行處理，相比與單個酒精傳感器測得的數(shù)據(jù)更加精確。3.低功耗原則車載設(shè)備的功耗問題一直被廣泛關(guān)注，車輛設(shè)備應(yīng)用場合特殊，所以要保證設(shè)備有效工作能力盡可能強。4.經(jīng)濟性原則以盡可能少的花費去設(shè)計該系統(tǒng)

24、，盡可能將該設(shè)施配備于每一輛即將出廠的汽車，得到廣泛應(yīng)用。5.適應(yīng)性原則本系統(tǒng)采用的mq-3和me3a-czh50h的使用溫度均為-1050，能夠穩(wěn)定運行在車內(nèi)的空間中。3.1.2車載酒精檢測系統(tǒng)的組成基于stm32的車載酒精檢測系統(tǒng)主要分為兩個部分:一是車載終端部分，也是車載酒精檢測系統(tǒng)的重點內(nèi)容。主控制器安裝在汽車內(nèi)部，為了直觀，將主控制器框圖畫在汽車外部。二是無線數(shù)據(jù)傳輸部分，將酒駕車輛的相關(guān)信息通過gprs模塊發(fā)送至交警部門控制中心的ip上，或者發(fā)送至具體的手機號上。其整體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1車載酒精檢測系統(tǒng)的總體架構(gòu)3.2系統(tǒng)的總體設(shè)計分析 本課題設(shè)計了一套針對酒駕人群的實

25、時的，自動化的車載酒精檢測系統(tǒng)。主要功能設(shè)計思想是通過車載部分的酒精傳感器采集車內(nèi)氣體中的酒精含量，送至調(diào)理電路中，并將調(diào)理后的信號送至主控制器stm32進行數(shù)據(jù)融合處理，一旦酒精含量超過預設(shè)值，則將數(shù)據(jù)通過gprs網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至交警部門的控制中心，從而實現(xiàn)自動化、實時監(jiān)測的目的。本設(shè)計希望提供的是面向大眾化的產(chǎn)品，在開發(fā)初期，對其功能設(shè)計、技術(shù)選擇及系統(tǒng)成本進行了市場定位，確定了功能需求。根據(jù)人們的需要正確地定位系統(tǒng)，科學地、理性地選擇功能是關(guān)鍵?？紤]到我國目前對于酒駕的監(jiān)察力度以及檢測手段，本系統(tǒng)設(shè)計定位于對酒駕人群的酒精檢測，系統(tǒng)突出的優(yōu)點是低功耗、安裝方便、使用靈活、自動化檢測。同時考慮到

26、我國仍是一個發(fā)展中國家并且貧富懸殊較大，因此本系統(tǒng)的設(shè)計定位在低成本，主要有酒精含量檢測、液晶顯示、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能，所選取的器件既要保證經(jīng)濟實用又要具備穩(wěn)定的工作性能。車載酒精檢測系統(tǒng)是在自動化、實時監(jiān)測的基礎(chǔ)上設(shè)計的，不用人為的去檢測，同時不受距離的約束，能夠把酒駕信息直接發(fā)送至交警部門的控制中心，達到實時監(jiān)測的目的。系統(tǒng)的各部分功能如下:1.車載酒精檢測系統(tǒng)的終端采集工具有mq-3和me3a-czh50h，用來采集汽車內(nèi)氣體中的酒精含量。2.傳感器將采集到的酒精信息，傳送給微處理器處理。3.微處理器通過模糊控制算法對數(shù)據(jù)進行分析，得出最終酒精數(shù)值并與預設(shè)值做比較，若超出則汽車通過液晶屏周期

27、性閃動來警示司機己經(jīng)處于酒駕狀態(tài)，并將酒駕數(shù)據(jù)通過gprs網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至交警部門的控制中心或者具體的手機號上。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。 圖3-2車載部分總體框圖在硬件設(shè)計的過程中，為了使硬件電路的設(shè)計更加合理，在別人成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上還重點考慮了一下幾方面的內(nèi)容:1.為了提高系統(tǒng)的可靠性，盡可能地采用一些標準化的經(jīng)典電路，電路中盡可能使用的功能強大的芯片，并且集成度要高。2.系統(tǒng)在保證現(xiàn)有功能正常工作的同時，要適當?shù)亓粲杏嗟兀员闳蘸筮M行系統(tǒng)其它方面的功能的拓展。3.由于電子技術(shù)的發(fā)展是非常迅速的，因此在設(shè)計時盡可能地使用一些較新的技術(shù)。3.3控制器的電路設(shè)計3.3.1控制器的選擇車載酒精檢測

28、系統(tǒng)要求實時性好，穩(wěn)定性好，性價比高，考慮到系統(tǒng)完成的功能較多，選用意法半導體公司生產(chǎn)的微控制器stm32f103zet6。stm32增強型單片機使用高性能的arm cortex-m3 32位處理器，m3的m指代的是arm中的m，與arm相比，它同樣可以提供mcu這一平臺，成本低、功耗低、性能介與arm7與arms之間。cortex-m3是能提供額外的代碼效率的32位的精簡指令集微處理器( risc)，在通常8為到16位系統(tǒng)的存儲空間上獲得了arm核心的高性能。1.內(nèi)置高速存儲器，片內(nèi)flash容量高達512k字節(jié)，用于存放程序和數(shù)據(jù)。2.64k字節(jié)的sram, cpu能以0字節(jié)讀寫。因此，我

29、們無需增加外部的數(shù)據(jù)存儲器，這樣可以節(jié)約系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。3.112個通用i/o口(gpio)的輸入輸出功能可有軟件配置，根據(jù)需要，可以配置成開路輸出或推拉、帶或不帶上拉或下拉的輸入等功能。stm32的i/o有兩種管腳:cmos和ttl，所有管腳都兼容cmos和ttl電平。4.3+2個通用同步/異步接收發(fā)送器(usart)，高達4.5兆位/秒的接口速率。3個spi接口，在從或主模式下，全、半雙工的通信速率可以達到18兆位/秒，方便與時鐘芯片、存儲器等外圍器件通信。5.stm32f 103zet6支持睡眠、停機和待機模式三種低功耗模式。6.vdd電壓范圍為2.0v至3.6v，接

30、口耐壓值為5v?？傊?，stm32f 103zet6芯片的引用，降低了功耗和生產(chǎn)成本，提高了整個系統(tǒng)的運營效率，與同類系統(tǒng)的芯片相比，性能有了顯著地提升。3.3.2 stm32f103電路設(shè)計要保證系統(tǒng)的正常運行，必須要配置stm32f 103zet6的最小系統(tǒng)。1.晶振電路stm32f 103zet6單片機采用兩個外部晶振，分別為32.768khz和8mhz。一般選用8m晶振提供實時時鐘。 2.復位電路 為了提高系統(tǒng)的可操作性，設(shè)計了上電或按鍵復位電路，一旦rst上電壓低于復位電壓，系統(tǒng)進入復位狀態(tài)。電源接通瞬間，由于電容c25的充電作用，rst上是低電平，單片機自動復位。在單片機運行期間，按

31、下按鍵b1后松開，也可以使rst保持一段時間低電平，實現(xiàn)單片機的復位。3. jtag/swd接口jtag (joint test action group)聯(lián)合測試行動小組是一種國際標準測試協(xié)議（ieee 1149.1兼容)，標準的jtag接口包括:tms, tck, tdi, tdo，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。通過jtag接口，我們可以燒錄和調(diào)試程序，可以與目前主流junk v8仿真器配合使用。另外stm32還有swd接口，swd只需要最少兩根線(swclk和swdio)就可以下載并調(diào)試代碼了，swd模式比jtag在高速模式下面更加可靠。另外，芯片上的booto和boot1

32、用來設(shè)置stm32f 103的啟動方式，具體跳帽設(shè)置和啟動模式如下表3-3所示。 表3-3跳帽設(shè)置和啟動模式3.4酒精傳感器模塊3.4.1 mq-3模塊介紹 mq-3使用的二氧化錫(sn02)作為氣敏材料，當傳感器處在存在酒精蒸汽環(huán)境中時，傳感器的電導率會隨著空氣中酒精氣體濃度的增加而增大，使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的信號。主要特點有:1.具有信號輸出指示。2.輸出的雙通道信號(模擬量輸出與ttl輸出)。3.ttl輸出有效信號為低電平。4.模擬輸出電壓為o-5v，濃度高則電壓高。 5.對乙醇蒸汽擁有很高的靈敏度和不錯的選擇性。6.它具有較長的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性

33、。7.快速的響應(yīng)恢復特性。 工作原理如圖3-4: 圖3-4 mq-3的工作原理圖3.4.2 me3a-c2hsoh模塊介紹me3a-czh50h利用待測氣體在電解池中工作電極點位上的電化學氧化過程，其濃度與待測氣體電化學反應(yīng)所產(chǎn)生的電流成正比，遵循法拉第定律，通過測定電流的大小就可以確定待測氣體的濃度。主要特點有:高精度、低功耗、線性范圍寬、高靈敏度、抗干擾能力強、優(yōu)異的重復性和穩(wěn)定性。實物圖如圖3-5所示。 圖3-5 me3a-czh50h實物圖me3a-czhsoh工作的調(diào)理電路如圖3-6所示: 圖3-6 me3a-czh50h工作的調(diào)理電路3.5液晶顯示模塊tft是“thin film

34、transistor”的簡稱，一般代指薄膜液晶顯示器，而實際上指的是薄膜晶體管(矩陣)一一可以“主動的”對屏幕上的各個獨立的像素進行控制。本系統(tǒng)用的是3.2寸以ili9320為控制器的tft lcd。ili9320控制器是一款帶有262144種顏色的單芯片soc驅(qū)動的晶體管顯示器，720路源極驅(qū)動以及320路的柵極驅(qū)動，320x240的分辨率，自帶有顯存，容量為172800字節(jié)。tft lcd外圍電路如下圖3-7所示。 圖3-7 tft lcd外圍電路3.6 gprs模塊的硬件電路設(shè)計目前gprs模塊在數(shù)據(jù)收發(fā)領(lǐng)域的常用類型非常多，有索尼公司生產(chǎn)的gr47, gr48模塊、有西門子公司生產(chǎn)的t

35、c45, mc35i，tc35i等模塊，有摩托羅拉生產(chǎn)的g18, g20模塊，宏電公司生產(chǎn)的h7210等模塊，還有華為公司生產(chǎn)的gtm900系列模塊等，在該系統(tǒng)中結(jié)合無線數(shù)據(jù)采集的特殊性，通過對各種模塊進行綜合比對，最后選擇sim900a模塊作為系統(tǒng)的gprs通訊部分。gprs模塊接口電路如圖3-8所示。stxd連stm32的rx3，srxd連stm32的tx3，gnd連stm32的地。 圖3-8 gprs模塊接口電路3.7電源電路設(shè)計系統(tǒng)需要供電的模塊有單片機系統(tǒng)、gprs模塊、酒精傳感器模塊、tft lcd液晶顯示部分。其中，單片機系統(tǒng)、tft lcd液晶顯示部分均采用+3.3v供電電壓，

36、酒精傳感器模塊需要+sv供電電壓，gprs模塊可采用+12v供電。汽車上供電電壓為+12v，因此，需要通過設(shè)計電源轉(zhuǎn)換電路將+12v電壓轉(zhuǎn)換到+5v， +3.3v電壓。+12v轉(zhuǎn)換為+sv選用lm2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，電壓輸出，輸出電流高達上，利用x1117穩(wěn)壓芯片，該調(diào)節(jié)器有固定電壓輸出和可調(diào)電壓輸出，這里選用+sv固定3a，具有過熱保護和限流保護功能。在輸出+sv電壓的基礎(chǔ)把+5v電壓轉(zhuǎn)為+3.3v電源電路設(shè)計如圖3-9所示： 圖3-9 電源電路4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機的功能也越發(fā)強大，速度有了質(zhì)的提升，編譯境也是層出不窮，如iar, keil等。軟件的設(shè)計有匯

37、編語言、c語言、java語言等，載酒精系統(tǒng)的軟件開發(fā)提供了便利條件。車載酒精檢測系統(tǒng)選用stm32f 103zet6做為主控制器，在mdk開發(fā)環(huán)境下，用c語言進行軟件的編寫。4.1 mdk開發(fā)環(huán)境的介紹 realview mdk開發(fā)環(huán)境具有的主要特點如下: 1.令自動配置啟動代碼 2.令集成flash燒寫模塊 3.令極強的simulation設(shè)備模擬4.令支持最新的cortex-m3核處理器和arm7，armsrealview mdk軟件開發(fā)環(huán)境如圖4-1所示。 圖4-1 realview mdk軟件開發(fā)環(huán)境4.2系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)在該車載酒精檢測系統(tǒng)中，為了讓各模塊可以協(xié)調(diào)工作，對各模塊進行了合

38、理設(shè)計，主要包括酒精數(shù)據(jù)采集模塊，主控制單元模塊以及對外網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計，結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示。 圖4-2系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖4.3系統(tǒng)主程序設(shè)計主控制器stm32f 103zet6初始化后，系統(tǒng)先通過串口設(shè)定一個判斷是否酒駕的初始值，然后mq-3和me3a-czh50h開始測量個監(jiān)測點的酒精含量，主控制器對收集的酒精數(shù)據(jù)進行融合處理，運用模糊控制算法得出一個最終數(shù)值與預設(shè)值作比較，若超出預設(shè)值，則發(fā)送控制信號，進行語音報警，通過液晶顯示酒精濃度并記錄數(shù)據(jù)，同時通過gprs模塊向交警部門發(fā)送酒駕車輛的相關(guān)信息。4.4酒精信息采集單元的軟件設(shè)計4.4.1 mq-3程序設(shè)計酒精傳感器主要是對當前駕駛

39、員以及乘客的酒精濃度進行檢測，酒精傳感器mq-3將檢測到的酒精濃度轉(zhuǎn)化為電信號，然后將電信號傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc，把轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號傳給stm32，主控制器對所輸入的數(shù)字信號進行分析處理。mq-3程序設(shè)計流程圖如下圖4-3所示。 圖4-3 mq-3程序設(shè)計流程圖4.4.2 me3a-c2hsoh程序設(shè)計me3a-czh50h利用待測氣體在電解池中工作電極點位上的電化學氧化過程，濃度與待測氣體電化學反應(yīng)所產(chǎn)生的電流成正比，遵循法拉第定律，通過測定電流的大小就可以確定待測氣體的濃度。4.5模糊控制算法的程序設(shè)計一般的模糊控制系統(tǒng)的架構(gòu)只要包含五部分，即:定義變量、模糊化、知識庫、邏輯判斷(或

40、模糊推理)及反模糊化(或解模糊化)。模糊控制算法的程序設(shè)計流程圖如下圖4-4所示。圖4-4模糊控制算法的程序設(shè)計流程圖4.6 gprs模塊程序設(shè)計將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳遞到控制中心時，會通過gprs網(wǎng)絡(luò)建立一個tcp或者udp連接，當連接成功建立后就可以將數(shù)據(jù)可靠的傳輸?shù)娇刂浦行?，在控制中心進行分析，然后對傳遞過來的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的解析以及對監(jiān)測系統(tǒng)做出回應(yīng)。通信結(jié)束后，系統(tǒng)斷開連接，完成整個通信過程。gprs模塊軟件流程如圖4-5所示。 圖4-5 gprs模塊軟件流程圖 5 系統(tǒng)的調(diào)試與測試5.1系統(tǒng)測試與總結(jié)車載酒精檢測系統(tǒng)主要采用stm32控制，用sim900a模塊將兩種不同的酒精傳感器所測得的

41、數(shù)值以及車主的身份證號發(fā)送至交警部門的辦公人員或者控制中心的服務(wù)器上，以達到防酒駕的效果。本文對該系統(tǒng)的調(diào)試包括軟硬件的調(diào)試，同時包括以下項目的測試:顯示界面的測試、參數(shù)設(shè)置的測試、gprs功能的測試以及總體的車載酒精系統(tǒng)的測試。5.1.1硬件的調(diào)試系統(tǒng)需要調(diào)試的硬件主要有:兩個mq-3傳感器、me3a-czh50h傳感器、gprs模塊sim900a以及主控制器stm32f103zet6。mq-3買了的時候己經(jīng)配有外圍電路，只需要用三個杜邦線分別將它的vcc接+5 v電源，aout連接stm32的pao, gnd接地即可。另外一個mq-3的aout連接stm32的pa4，其它兩個引腳接法一樣。

42、me3a-czh50h傳感器需要根據(jù)技術(shù)手冊上的原理圖自己焊接調(diào)試電路，包括放大器元件27l2c、熱敏電阻等等。還有g(shù)prs模塊sim900a，只需12v供電，用杜邦線將它的三個引腳stxd, rtxd, gnd分別接stm的pa3, pa2, gnd即可。經(jīng)調(diào)試，硬件均可正常工作。5.1.2軟件的調(diào)試軟件的調(diào)試主要用到mdk的編譯環(huán)境。需要調(diào)試的程序主要有酒精傳感器的程序、模糊控制算法的程序、gprs模塊程序等。該車載酒精檢測系統(tǒng)的總程序調(diào)試結(jié)果如圖5-1所示。 圖5-1車載酒精檢測系統(tǒng)的總程序調(diào)試結(jié)果5.2顯示界面設(shè)計顯示界面上設(shè)置有:各個傳感器的數(shù)值以及融合后的最終數(shù)值、預設(shè)報警值、系統(tǒng)

43、信息、系統(tǒng)模式、參數(shù)信息以及報告方式。系統(tǒng)信息就是該車輛的車牌號，車主身份證等等;系統(tǒng)模式分為工作模式、更新模式以及標準模式;參數(shù)信息即為各個傳感器標定的參數(shù);報告方式分為短信方式和網(wǎng)絡(luò)方式。5.3車載酒精系 兩個mq-3作為傳感器1和傳感器2,me3a-czh50h作為傳感器3，分別顯示三個傳感器的數(shù)值，最后經(jīng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)后顯示一個當前值來和預設(shè)報警值做比較。身體酒精濃度與肇事率如表5-2所示，bac(血液中的酒精濃度)=brac（氣體中的酒精濃度)x2000,單位為mg/l；空氣中1 mg/l的酒精相當于482.6ppm。根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫局發(fā)布的車輛駕駛?cè)藛T血液、呼氣酒精含量閡值與

44、檢驗(gb19522一醉酒駕車的測試2004)中規(guī)定，該規(guī)定指出，飲酒駕車是指車輛駕駛?cè)藛T血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100m1，小于80mg/100m1的駕駛行為。醉酒駕車是指車輛駕駛?cè)藛T血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100m1的駕駛行為。因此我們將當前報警值設(shè)置為50ppm，接近于血液中酒駕濃度值的最低標準。 表5-2身體酒精濃度與肇事率的關(guān)系總結(jié)本文主要對車載酒精檢測系統(tǒng)的軟硬件進行設(shè)計，實現(xiàn)了酒精數(shù)據(jù)的采集和傳輸，并且驗證了系統(tǒng)的可行性。驗證結(jié)果表明該設(shè)計滿足社會發(fā)展的需要，為自行檢測酒駕提供了依據(jù)。本文所做的工作主要包括以下幾部分:1.介紹了車載酒精檢測系統(tǒng)的國內(nèi)外

45、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，通過各種檢查酒駕技術(shù)的比較，選擇了數(shù)據(jù)融合技術(shù)和gprs技術(shù)相結(jié)合的方式進行酒駕的檢測以及數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補。2.詳細介紹了該系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)，包括:數(shù)據(jù)融合技術(shù)、gprs技術(shù)。3.分析并設(shè)計了整個系統(tǒng)的架構(gòu)。4.重點設(shè)計了系統(tǒng)的軟硬件部分，在閱讀大量文獻后，對微處理器stm32f 103zet6,傳感器mq-3, me3a-czh50h以及gprs模塊sim900a進行了選型和設(shè)計。在硬件設(shè)計的初始階段，me3a-czh50h傳感器一開始不知道怎么用，后查閱資料焊接了調(diào)試電路;剛開始正負極反接，沒有輸出信號，咨詢售后后調(diào)整接法，有模擬電壓信號輸出；根據(jù)調(diào)試電路原理圖，請教了老師和售后，計算出了輸出電壓和當前酒精濃度的關(guān)系。同樣mq3的輸出電壓和濃度關(guān)系最初也不知道，后查閱文獻和資料得出電壓和濃度的關(guān)系。在調(diào)試階段遇到的問題:調(diào)試gprs模塊時，剛開始發(fā)送gsm短信和發(fā)起tcp連接時，只是向模塊發(fā)送特定的at命令，沒有檢測模塊的應(yīng)答情況，所以有時候能夠成功，有時候不能。改變后的做法是讀取模塊的應(yīng)答信息，檢測到上一個命令正確執(zhí)行后，再發(fā)送下一個命令，否則重發(fā);調(diào)試嵌入式圖形界面時，觸摸屏會時不時的出現(xiàn)失靈的情況，調(diào)試發(fā)現(xiàn)不同位置的坐標為固定值，即坐標