基于MSP430F2132車載酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)

李致金+周宇+宋安

摘 要： 該系統(tǒng)以MSP430F2132微處理器為核心，采用安裝在不同位置的傳感器陣列，對(duì)車廂內(nèi)各點(diǎn)的酒精濃度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)檢測(cè)到的車廂內(nèi)各點(diǎn)的酒精濃度，為主駕位置酒精濃度是否超標(biāo)給出準(zhǔn)確判斷。報(bào)警數(shù)據(jù)通過(guò)的方式發(fā)送數(shù)據(jù)給接收機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)做出相應(yīng)的報(bào)警和制動(dòng)，從而有效杜絕酒駕的發(fā)生。

關(guān)鍵詞： MSP430F2132； 傳感器陣列； 車載系統(tǒng)； 酒精檢測(cè)； 無(wú)線傳輸

中圖分類號(hào)： TN919?34； TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）22?0121?03

Vehicle?mounted alcohol concentration monitoring system based on MSP430F2132

LI Zhi?jin， ZHOU Yu， SONG An

（College of Electronics and Information Engineering， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China）

Abstract： The system takes the microprocessor MSP430F2132 as its core. In this system， the sensor arrays mounted on different positions collect the data of alcohol concentration in the vehicle. This system gives the alarm information if the alcohol concentration exceeds the preset value. The alarm data is conveyed by wireless mode. The engine control system gives alarm information or applies the brake according to the vehicles transport condition. The drunk driving will greatly decrease if this system is equipped in vehicles.

Keywords： MSP430F2132； sensor array； vehicle?mounted system； alcohol detection； wireless transmission

在中國(guó)，每年由于酒后駕車引發(fā)的交通事故達(dá)多數(shù)萬(wàn)起，同時(shí)據(jù)交通部門統(tǒng)計(jì)每年造成死亡的事故中有50%以上為酒后駕車。酒后駕駛者往往認(rèn)識(shí)不到酒后駕駛的嚴(yán)重后果，因此釀成很多本可避免的慘劇。酒后駕車的危害觸目驚心，已經(jīng)漸漸成為我國(guó)交通事故的第一大“殺手”。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，汽車變得越來(lái)越普遍，交通事故也越來(lái)越多，解決酒后駕車的問(wèn)題也變得越來(lái)越迫切。目前采用防控手段主要是通過(guò)外置的酒精儀器測(cè)試駕車人的酒精含量是否超標(biāo)。由于沒(méi)有隨車安裝，而且是被動(dòng)檢測(cè)，因此不能有效杜絕酒后駕車的現(xiàn)象。而之前設(shè)計(jì)的車載酒精檢測(cè)系統(tǒng)由于過(guò)于單一[1]，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不太準(zhǔn)確。鑒于在此設(shè)計(jì)這種車載酒精濃度在線測(cè)控系統(tǒng)，由于采用多個(gè)傳感器檢測(cè)，主動(dòng)檢測(cè)車內(nèi)的酒精濃度，同時(shí)通過(guò)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，控制汽車的運(yùn)行，能有效地杜絕酒駕現(xiàn)象。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由4個(gè)酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)和接收控制系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制電路3部分組成，其中4個(gè)酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)分別安裝在主駕駛區(qū)（主駕駛員的方向盤中間處，簡(jiǎn)稱A區(qū)），副駕駛區(qū)（簡(jiǎn)稱B區(qū)），主駕和副駕的中間區(qū)域（簡(jiǎn)稱C區(qū)）以及主駕身后的區(qū)域（簡(jiǎn)稱D區(qū)）。酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)以低功耗的MSP430F2132為控制核心，由信號(hào)采集電路、信號(hào)處理電路、數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)射電路等部分組成。接收控制系統(tǒng)以MSP430F2132為控制核心，由信號(hào)接收電路、語(yǔ)音報(bào)警電路等部分組成。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制電路主要有報(bào)警信號(hào)接收電路、啟動(dòng)信號(hào)通斷電路等部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

當(dāng)司機(jī)坐在主駕位置上時(shí)，接收控制系統(tǒng)工作。接收控制系統(tǒng)向4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送啟動(dòng)工作指令，4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)工作，實(shí)時(shí)檢測(cè)駕駛內(nèi)的酒精濃度，并將之轉(zhuǎn)換成待傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。接收控制系統(tǒng)分時(shí)給出4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的地址信息，和4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)分時(shí)通信，接收檢測(cè)系統(tǒng)的酒精濃度數(shù)據(jù)。接收控制系統(tǒng)對(duì)A、B、C、D區(qū)的酒精濃度數(shù)據(jù)和內(nèi)置的專家數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以判別是否酒駕。如果酒精濃度超標(biāo)，同時(shí)車未啟動(dòng)，則進(jìn)行聲音報(bào)警，控制繼電器切斷汽車制動(dòng)系統(tǒng)里點(diǎn)火裝置的電源，汽車無(wú)法啟動(dòng)。若汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)檢測(cè)到酒精濃度超標(biāo)，進(jìn)行聲音報(bào)警，并提醒駕駛?cè)藛T系統(tǒng)將在一分鐘后自動(dòng)切斷點(diǎn)火裝置電源，強(qiáng)迫停車。若酒精濃度不超標(biāo)，則發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制繼電器不起作用，車可以正常啟動(dòng)和行駛。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)

酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)以低功耗的MSP430F2132為主控制器，工作電壓為1.8～3.6 V，非常適用于電池供電的系統(tǒng)。MSP430F2132內(nèi)置8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度

為200 kS/s可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的高精度、快速的模/數(shù)轉(zhuǎn)換。

2.1 酒精濃度檢測(cè)電路[2?5]

酒精濃度檢測(cè)選用MQ?3氣敏傳感器。MQ?3的敏感部分是由金屬氧化物SnO2的N型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。當(dāng)其表面吸附氣體酒精分子時(shí)，其表面的導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而表面電阻會(huì)跟隨被測(cè)氣體濃度的變化而變化。當(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻兩端的分壓值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，即一個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)著一個(gè)被測(cè)酒精氣體濃度。本系統(tǒng)中酒精濃度信號(hào)的采樣模塊電路如圖2所示，MQ?3的5引腳為加熱電阻的電源端，接至+5 V直流穩(wěn)壓電源。MQ?3的兩個(gè)A引腳（即4和6引腳）相連， MQ?3的兩個(gè)B引腳（即3和1引腳）也連接在一起，將A端接到2.5 V的電源正極，B端接200 kΩ電阻（可根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)電阻的大小），具體接線如圖2所示。LM324是一個(gè)集成了4個(gè)通用運(yùn)放放大器的集成芯片[6]，采樣的電壓先通過(guò)一個(gè)電壓跟隨器，以提供其帶負(fù)載的能力。跟隨后的輸出電壓再經(jīng)過(guò)差分電路，以便調(diào)零和克服溫漂等共模信號(hào)對(duì)精度的影響。最后通過(guò)運(yùn)放放大成0～3.6 V接入微處理器內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端口。

2.2 數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸電路

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸電路選用NRF24L01作為核心芯片[7]，實(shí)現(xiàn)酒精濃度數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無(wú)線通信芯片，使用2.4～2.5 GHz全球開(kāi)放的ISM頻段。NRF24L01采用GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)。可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)或是1點(diǎn)對(duì)6點(diǎn)的無(wú)線通信，傳輸速率可以達(dá)到2 Mb/s。電路如圖3所示。車廂內(nèi)安裝有4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，為了便于接收器識(shí)別這4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，每個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)各有一個(gè)互不相同的地址碼。檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)送其地址數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)。

圖2 酒精濃度采集電路

圖3 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路

3 接收控制系統(tǒng)

接收控制系統(tǒng)以MSP430F2132為主控芯片，NRF24L01無(wú)線數(shù)據(jù)接收檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送來(lái)數(shù)據(jù)，接收電路參見(jiàn)圖3。由于車內(nèi)安裝有A、B、C、D四個(gè)酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)，4個(gè)系統(tǒng)發(fā)送無(wú)線數(shù)據(jù)時(shí)，信號(hào)頻率一致。因此，當(dāng)四個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必會(huì)發(fā)生傳輸數(shù)據(jù)的碰撞。為此，必需研究這個(gè)問(wèn)題，防止數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)碰撞。接收控制系統(tǒng)將接收到來(lái)自檢測(cè)系統(tǒng)的地址信息和酒精濃度信息，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的各個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警數(shù)據(jù)閾值，判斷是否發(fā)出酒駕報(bào)警控制信息。

3.1 酒駕報(bào)警信息無(wú)線發(fā)送

酒駕報(bào)警信息的傳輸數(shù)據(jù)量少，為了避免無(wú)線傳輸中的同頻干擾，酒駕報(bào)警信息的傳輸，本系統(tǒng)選用PT2262/PT2272作為傳輸?shù)暮诵男酒琜8]，實(shí)現(xiàn)接收控制終端和汽車點(diǎn)火控制裝置的通信。PT2262/PT2272是一對(duì)帶地址編碼的無(wú)線遙控發(fā)射/接收芯片，其中PT2262為發(fā)射芯片，PT2272為接收芯片，工作頻率一般為433 MHz或315 MHz。接收控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有報(bào)警信息發(fā)送電路，該電路比較簡(jiǎn)單不做詳細(xì)介紹。

3.2 語(yǔ)音報(bào)警電路

當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度達(dá)到或超過(guò)酒駕閾值時(shí)，接收控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警停車信號(hào)同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。語(yǔ)音報(bào)警電路采用芯片ISD4004[8]。ISD4004芯片采用CMOS 技術(shù)， 工作電壓3 V，錄放時(shí)間8～16 min。ISD4004輸出的語(yǔ)音信號(hào)功率較小，為此需要將該語(yǔ)音信號(hào)放大，放大電路如圖4所示。

圖4 聲音報(bào)警電路

本系統(tǒng)中預(yù)先錄制1提示音：“請(qǐng)尊重生命，杜絕酒后駕駛”；2警告音：“您已經(jīng)酒后駕駛，車將在1 min后自動(dòng)停止”。分別從兩個(gè)語(yǔ)音地址錄入語(yǔ)音，播放時(shí)根據(jù)語(yǔ)音地址的不同播放2種語(yǔ)音。

3.3 汽車行駛狀態(tài)判斷電路

為了達(dá)到安全、方便地控制汽車，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有汽車行駛狀態(tài)判斷電路。該電路采用霍爾傳感器A3144[9]檢測(cè)輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。霍爾傳感器是磁敏感傳感元件，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開(kāi)關(guān)靠近磁鋼，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就可以獲得一串脈沖信號(hào)。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，獲得一周多個(gè)脈沖輸出。脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后接到主控芯片的計(jì)數(shù)端口，主控芯片計(jì)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，并將之轉(zhuǎn)換成汽車行駛的速度，判斷汽車的運(yùn)行狀況。

3.4 顯示電路

接收控制終端上設(shè)計(jì)有顯示電路，實(shí)時(shí)顯示車廂內(nèi)的酒精濃度以及汽車的運(yùn)行狀態(tài)及速度。為了減少功耗，顯示電路設(shè)計(jì)有休眠功能，當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度未達(dá)到酒駕報(bào)警值時(shí)，顯示器休眠，按任意鍵激活。

4 啟動(dòng)控制系統(tǒng)

啟動(dòng)控制系統(tǒng)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電路附近。安裝時(shí)需要將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源的一根線斷路，通過(guò)啟動(dòng)繼電器的常閉觸點(diǎn)連接。當(dāng)沒(méi)有報(bào)警信息時(shí)，啟動(dòng)繼電器不吸合，常閉點(diǎn)接通，發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)。當(dāng)報(bào)警信息發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)繼電器吸合，啟動(dòng)電源斷開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止，汽車制動(dòng)。啟動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有與接收控制電路中報(bào)警信息發(fā)送電路地址一致的報(bào)警信息接收電路，接收?qǐng)?bào)警信息。該部分電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，限于篇幅本文不做詳細(xì)介紹。

5 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件核心部分有兩個(gè)，一個(gè)是酒精濃度是否達(dá)到酒駕的判決；一個(gè)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎矄?wèn)題。

5.1 酒精濃度判別

車廂內(nèi)安裝有4個(gè)酒精濃度檢測(cè)點(diǎn)，分別為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所說(shuō)的A、B、C、D四個(gè)區(qū)域。由于酒精氣體因濃度差，會(huì)在車廂內(nèi)慢慢擴(kuò)散。依據(jù)常識(shí)，距離源點(diǎn)近的檢測(cè)點(diǎn)的濃度一定高于距離源點(diǎn)遠(yuǎn)的檢測(cè)點(diǎn)的濃度。因此，如果主駕位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是A>C>D>B。如果副駕位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>A>D。如果后排右側(cè)位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>D>A。如果后排左側(cè)位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是D>A>C>B。接收控制器根據(jù)4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度的相互關(guān)系判別酒精氣體的源點(diǎn)，對(duì)是否發(fā)出報(bào)警信息作出正確的判斷。本系統(tǒng)對(duì)各點(diǎn)酒精的模擬檢測(cè)基本上符合上面邏輯。

5.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎?/p>

單信道同頻率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中，防碰撞是必然要研究的問(wèn)題。本系統(tǒng)中無(wú)線通信方式是4對(duì)1的通信。如果4的發(fā)送點(diǎn)同時(shí)發(fā)送必然會(huì)引起數(shù)據(jù)的碰撞，因此在通信應(yīng)該進(jìn)行分時(shí)發(fā)送。本系統(tǒng)中將接收控制系統(tǒng)作為主叫控制器，4個(gè)檢測(cè)控制系統(tǒng)作為被叫控制器。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，被叫控制器都處于接收狀態(tài)，主叫控制器依次發(fā)送被叫控制器的地址碼。被叫控制器接收主叫控制器發(fā)送的地址碼，并和本系統(tǒng)的地址碼比對(duì)。如果地址碼一致，該被叫控制器發(fā)送呼叫應(yīng)答信號(hào)，從而和主叫控制器建立通信鏈路，實(shí)現(xiàn)通信。被叫控制器發(fā)送完數(shù)據(jù)后，主動(dòng)釋放信道。主叫控制器依次輪詢下一個(gè)被叫控制器，實(shí)現(xiàn)4對(duì)1的無(wú)碰撞數(shù)據(jù)通信。

6 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)的車載酒精濃度在線檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中創(chuàng)新地采用傳感器陣列，通過(guò)安裝在不同位置的傳感器，可以準(zhǔn)確測(cè)量車廂內(nèi)各位置的酒精濃度，為主駕位置酒精濃度是否超標(biāo)提供準(zhǔn)確檢測(cè)。同時(shí)系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)信息的無(wú)線收發(fā)方式，可方便安裝在汽車上。本系統(tǒng)智能化程度腳高，功耗低，可靠性高，對(duì)預(yù)防酒后駕車具有良好的效果，因此在實(shí)際應(yīng)用中具有很好的推廣價(jià)值。

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2.2 數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸電路

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸電路選用NRF24L01作為核心芯片[7]，實(shí)現(xiàn)酒精濃度數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無(wú)線通信芯片，使用2.4～2.5 GHz全球開(kāi)放的ISM頻段。NRF24L01采用GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)。可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)或是1點(diǎn)對(duì)6點(diǎn)的無(wú)線通信，傳輸速率可以達(dá)到2 Mb/s。電路如圖3所示。車廂內(nèi)安裝有4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，為了便于接收器識(shí)別這4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，每個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)各有一個(gè)互不相同的地址碼。檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)送其地址數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)。

圖2 酒精濃度采集電路

圖3 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路

3 接收控制系統(tǒng)

接收控制系統(tǒng)以MSP430F2132為主控芯片，NRF24L01無(wú)線數(shù)據(jù)接收檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送來(lái)數(shù)據(jù)，接收電路參見(jiàn)圖3。由于車內(nèi)安裝有A、B、C、D四個(gè)酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)，4個(gè)系統(tǒng)發(fā)送無(wú)線數(shù)據(jù)時(shí)，信號(hào)頻率一致。因此，當(dāng)四個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必會(huì)發(fā)生傳輸數(shù)據(jù)的碰撞。為此，必需研究這個(gè)問(wèn)題，防止數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)碰撞。接收控制系統(tǒng)將接收到來(lái)自檢測(cè)系統(tǒng)的地址信息和酒精濃度信息，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的各個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警數(shù)據(jù)閾值，判斷是否發(fā)出酒駕報(bào)警控制信息。

3.1 酒駕報(bào)警信息無(wú)線發(fā)送

酒駕報(bào)警信息的傳輸數(shù)據(jù)量少，為了避免無(wú)線傳輸中的同頻干擾，酒駕報(bào)警信息的傳輸，本系統(tǒng)選用PT2262/PT2272作為傳輸?shù)暮诵男酒琜8]，實(shí)現(xiàn)接收控制終端和汽車點(diǎn)火控制裝置的通信。PT2262/PT2272是一對(duì)帶地址編碼的無(wú)線遙控發(fā)射/接收芯片，其中PT2262為發(fā)射芯片，PT2272為接收芯片，工作頻率一般為433 MHz或315 MHz。接收控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有報(bào)警信息發(fā)送電路，該電路比較簡(jiǎn)單不做詳細(xì)介紹。

3.2 語(yǔ)音報(bào)警電路

當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度達(dá)到或超過(guò)酒駕閾值時(shí)，接收控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警停車信號(hào)同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。語(yǔ)音報(bào)警電路采用芯片ISD4004[8]。ISD4004芯片采用CMOS 技術(shù)， 工作電壓3 V，錄放時(shí)間8～16 min。ISD4004輸出的語(yǔ)音信號(hào)功率較小，為此需要將該語(yǔ)音信號(hào)放大，放大電路如圖4所示。

圖4 聲音報(bào)警電路

本系統(tǒng)中預(yù)先錄制1提示音：“請(qǐng)尊重生命，杜絕酒后駕駛”；2警告音：“您已經(jīng)酒后駕駛，車將在1 min后自動(dòng)停止”。分別從兩個(gè)語(yǔ)音地址錄入語(yǔ)音，播放時(shí)根據(jù)語(yǔ)音地址的不同播放2種語(yǔ)音。

3.3 汽車行駛狀態(tài)判斷電路

為了達(dá)到安全、方便地控制汽車，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有汽車行駛狀態(tài)判斷電路。該電路采用霍爾傳感器A3144[9]檢測(cè)輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。霍爾傳感器是磁敏感傳感元件，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開(kāi)關(guān)靠近磁鋼，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就可以獲得一串脈沖信號(hào)。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，獲得一周多個(gè)脈沖輸出。脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后接到主控芯片的計(jì)數(shù)端口，主控芯片計(jì)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，并將之轉(zhuǎn)換成汽車行駛的速度，判斷汽車的運(yùn)行狀況。

3.4 顯示電路

接收控制終端上設(shè)計(jì)有顯示電路，實(shí)時(shí)顯示車廂內(nèi)的酒精濃度以及汽車的運(yùn)行狀態(tài)及速度。為了減少功耗，顯示電路設(shè)計(jì)有休眠功能，當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度未達(dá)到酒駕報(bào)警值時(shí)，顯示器休眠，按任意鍵激活。

4 啟動(dòng)控制系統(tǒng)

啟動(dòng)控制系統(tǒng)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電路附近。安裝時(shí)需要將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源的一根線斷路，通過(guò)啟動(dòng)繼電器的常閉觸點(diǎn)連接。當(dāng)沒(méi)有報(bào)警信息時(shí)，啟動(dòng)繼電器不吸合，常閉點(diǎn)接通，發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)。當(dāng)報(bào)警信息發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)繼電器吸合，啟動(dòng)電源斷開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止，汽車制動(dòng)。啟動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有與接收控制電路中報(bào)警信息發(fā)送電路地址一致的報(bào)警信息接收電路，接收?qǐng)?bào)警信息。該部分電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，限于篇幅本文不做詳細(xì)介紹。

5 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件核心部分有兩個(gè)，一個(gè)是酒精濃度是否達(dá)到酒駕的判決；一個(gè)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎矄?wèn)題。

5.1 酒精濃度判別

車廂內(nèi)安裝有4個(gè)酒精濃度檢測(cè)點(diǎn)，分別為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所說(shuō)的A、B、C、D四個(gè)區(qū)域。由于酒精氣體因濃度差，會(huì)在車廂內(nèi)慢慢擴(kuò)散。依據(jù)常識(shí)，距離源點(diǎn)近的檢測(cè)點(diǎn)的濃度一定高于距離源點(diǎn)遠(yuǎn)的檢測(cè)點(diǎn)的濃度。因此，如果主駕位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是A>C>D>B。如果副駕位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>A>D。如果后排右側(cè)位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>D>A。如果后排左側(cè)位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是D>A>C>B。接收控制器根據(jù)4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度的相互關(guān)系判別酒精氣體的源點(diǎn)，對(duì)是否發(fā)出報(bào)警信息作出正確的判斷。本系統(tǒng)對(duì)各點(diǎn)酒精的模擬檢測(cè)基本上符合上面邏輯。

5.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎?/p>

單信道同頻率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中，防碰撞是必然要研究的問(wèn)題。本系統(tǒng)中無(wú)線通信方式是4對(duì)1的通信。如果4的發(fā)送點(diǎn)同時(shí)發(fā)送必然會(huì)引起數(shù)據(jù)的碰撞，因此在通信應(yīng)該進(jìn)行分時(shí)發(fā)送。本系統(tǒng)中將接收控制系統(tǒng)作為主叫控制器，4個(gè)檢測(cè)控制系統(tǒng)作為被叫控制器。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，被叫控制器都處于接收狀態(tài)，主叫控制器依次發(fā)送被叫控制器的地址碼。被叫控制器接收主叫控制器發(fā)送的地址碼，并和本系統(tǒng)的地址碼比對(duì)。如果地址碼一致，該被叫控制器發(fā)送呼叫應(yīng)答信號(hào)，從而和主叫控制器建立通信鏈路，實(shí)現(xiàn)通信。被叫控制器發(fā)送完數(shù)據(jù)后，主動(dòng)釋放信道。主叫控制器依次輪詢下一個(gè)被叫控制器，實(shí)現(xiàn)4對(duì)1的無(wú)碰撞數(shù)據(jù)通信。

6 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)的車載酒精濃度在線檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中創(chuàng)新地采用傳感器陣列，通過(guò)安裝在不同位置的傳感器，可以準(zhǔn)確測(cè)量車廂內(nèi)各位置的酒精濃度，為主駕位置酒精濃度是否超標(biāo)提供準(zhǔn)確檢測(cè)。同時(shí)系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)信息的無(wú)線收發(fā)方式，可方便安裝在汽車上。本系統(tǒng)智能化程度腳高，功耗低，可靠性高，對(duì)預(yù)防酒后駕車具有良好的效果，因此在實(shí)際應(yīng)用中具有很好的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 盧玲，胡記文，徐亮.基于酒精含量測(cè)量檢測(cè)的車輛限制啟動(dòng)系統(tǒng)[J].民營(yíng)科技，2010（11）：17?19.

[2] 譚秋林，許姣，薛晨陽(yáng)，等.基于C8051F040酒精濃度測(cè)試儀的研究[J].傳感器技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，22（10）：78?80.

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[6] 李朔，董軼遠(yuǎn).基于CSM020B和LM324的過(guò)流報(bào)警裝置設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（24）：63?65.

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[9] 何立周，汪松年.一個(gè)使用霍爾元件的測(cè)速系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，1991（4）：45?46.

[10] 姚慧，來(lái)躍深，田軍委.ISD4004語(yǔ)音芯片在淋浴車語(yǔ)音提示報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，28（23）：60?61.

2.2 數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸電路

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸電路選用NRF24L01作為核心芯片[7]，實(shí)現(xiàn)酒精濃度數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無(wú)線通信芯片，使用2.4～2.5 GHz全球開(kāi)放的ISM頻段。NRF24L01采用GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)。可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)或是1點(diǎn)對(duì)6點(diǎn)的無(wú)線通信，傳輸速率可以達(dá)到2 Mb/s。電路如圖3所示。車廂內(nèi)安裝有4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，為了便于接收器識(shí)別這4個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，每個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)各有一個(gè)互不相同的地址碼。檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)送其地址數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)。

圖2 酒精濃度采集電路

圖3 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路

3 接收控制系統(tǒng)

接收控制系統(tǒng)以MSP430F2132為主控芯片，NRF24L01無(wú)線數(shù)據(jù)接收檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送來(lái)數(shù)據(jù)，接收電路參見(jiàn)圖3。由于車內(nèi)安裝有A、B、C、D四個(gè)酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)，4個(gè)系統(tǒng)發(fā)送無(wú)線數(shù)據(jù)時(shí)，信號(hào)頻率一致。因此，當(dāng)四個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必會(huì)發(fā)生傳輸數(shù)據(jù)的碰撞。為此，必需研究這個(gè)問(wèn)題，防止數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)碰撞。接收控制系統(tǒng)將接收到來(lái)自檢測(cè)系統(tǒng)的地址信息和酒精濃度信息，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的各個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警數(shù)據(jù)閾值，判斷是否發(fā)出酒駕報(bào)警控制信息。

3.1 酒駕報(bào)警信息無(wú)線發(fā)送

酒駕報(bào)警信息的傳輸數(shù)據(jù)量少，為了避免無(wú)線傳輸中的同頻干擾，酒駕報(bào)警信息的傳輸，本系統(tǒng)選用PT2262/PT2272作為傳輸?shù)暮诵男酒琜8]，實(shí)現(xiàn)接收控制終端和汽車點(diǎn)火控制裝置的通信。PT2262/PT2272是一對(duì)帶地址編碼的無(wú)線遙控發(fā)射/接收芯片，其中PT2262為發(fā)射芯片，PT2272為接收芯片，工作頻率一般為433 MHz或315 MHz。接收控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有報(bào)警信息發(fā)送電路，該電路比較簡(jiǎn)單不做詳細(xì)介紹。

3.2 語(yǔ)音報(bào)警電路

當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度達(dá)到或超過(guò)酒駕閾值時(shí)，接收控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警停車信號(hào)同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。語(yǔ)音報(bào)警電路采用芯片ISD4004[8]。ISD4004芯片采用CMOS 技術(shù)， 工作電壓3 V，錄放時(shí)間8～16 min。ISD4004輸出的語(yǔ)音信號(hào)功率較小，為此需要將該語(yǔ)音信號(hào)放大，放大電路如圖4所示。

圖4 聲音報(bào)警電路

本系統(tǒng)中預(yù)先錄制1提示音：“請(qǐng)尊重生命，杜絕酒后駕駛”；2警告音：“您已經(jīng)酒后駕駛，車將在1 min后自動(dòng)停止”。分別從兩個(gè)語(yǔ)音地址錄入語(yǔ)音，播放時(shí)根據(jù)語(yǔ)音地址的不同播放2種語(yǔ)音。

3.3 汽車行駛狀態(tài)判斷電路

為了達(dá)到安全、方便地控制汽車，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有汽車行駛狀態(tài)判斷電路。該電路采用霍爾傳感器A3144[9]檢測(cè)輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。霍爾傳感器是磁敏感傳感元件，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開(kāi)關(guān)靠近磁鋼，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就可以獲得一串脈沖信號(hào)。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，獲得一周多個(gè)脈沖輸出。脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后接到主控芯片的計(jì)數(shù)端口，主控芯片計(jì)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，并將之轉(zhuǎn)換成汽車行駛的速度，判斷汽車的運(yùn)行狀況。

3.4 顯示電路

接收控制終端上設(shè)計(jì)有顯示電路，實(shí)時(shí)顯示車廂內(nèi)的酒精濃度以及汽車的運(yùn)行狀態(tài)及速度。為了減少功耗，顯示電路設(shè)計(jì)有休眠功能，當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度未達(dá)到酒駕報(bào)警值時(shí)，顯示器休眠，按任意鍵激活。

4 啟動(dòng)控制系統(tǒng)

啟動(dòng)控制系統(tǒng)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電路附近。安裝時(shí)需要將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源的一根線斷路，通過(guò)啟動(dòng)繼電器的常閉觸點(diǎn)連接。當(dāng)沒(méi)有報(bào)警信息時(shí)，啟動(dòng)繼電器不吸合，常閉點(diǎn)接通，發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)。當(dāng)報(bào)警信息發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)繼電器吸合，啟動(dòng)電源斷開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止，汽車制動(dòng)。啟動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有與接收控制電路中報(bào)警信息發(fā)送電路地址一致的報(bào)警信息接收電路，接收?qǐng)?bào)警信息。該部分電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，限于篇幅本文不做詳細(xì)介紹。

5 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件核心部分有兩個(gè)，一個(gè)是酒精濃度是否達(dá)到酒駕的判決；一個(gè)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎矄?wèn)題。

5.1 酒精濃度判別

車廂內(nèi)安裝有4個(gè)酒精濃度檢測(cè)點(diǎn)，分別為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所說(shuō)的A、B、C、D四個(gè)區(qū)域。由于酒精氣體因濃度差，會(huì)在車廂內(nèi)慢慢擴(kuò)散。依據(jù)常識(shí)，距離源點(diǎn)近的檢測(cè)點(diǎn)的濃度一定高于距離源點(diǎn)遠(yuǎn)的檢測(cè)點(diǎn)的濃度。因此，如果主駕位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是A>C>D>B。如果副駕位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>A>D。如果后排右側(cè)位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>D>A。如果后排左側(cè)位置是酒精氣體的源點(diǎn)，則4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是D>A>C>B。接收控制器根據(jù)4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的酒精濃度的相互關(guān)系判別酒精氣體的源點(diǎn)，對(duì)是否發(fā)出報(bào)警信息作出正確的判斷。本系統(tǒng)對(duì)各點(diǎn)酒精的模擬檢測(cè)基本上符合上面邏輯。

5.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎?/p>

單信道同頻率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中，防碰撞是必然要研究的問(wèn)題。本系統(tǒng)中無(wú)線通信方式是4對(duì)1的通信。如果4的發(fā)送點(diǎn)同時(shí)發(fā)送必然會(huì)引起數(shù)據(jù)的碰撞，因此在通信應(yīng)該進(jìn)行分時(shí)發(fā)送。本系統(tǒng)中將接收控制系統(tǒng)作為主叫控制器，4個(gè)檢測(cè)控制系統(tǒng)作為被叫控制器。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，被叫控制器都處于接收狀態(tài)，主叫控制器依次發(fā)送被叫控制器的地址碼。被叫控制器接收主叫控制器發(fā)送的地址碼，并和本系統(tǒng)的地址碼比對(duì)。如果地址碼一致，該被叫控制器發(fā)送呼叫應(yīng)答信號(hào)，從而和主叫控制器建立通信鏈路，實(shí)現(xiàn)通信。被叫控制器發(fā)送完數(shù)據(jù)后，主動(dòng)釋放信道。主叫控制器依次輪詢下一個(gè)被叫控制器，實(shí)現(xiàn)4對(duì)1的無(wú)碰撞數(shù)據(jù)通信。

6 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)的車載酒精濃度在線檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中創(chuàng)新地采用傳感器陣列，通過(guò)安裝在不同位置的傳感器，可以準(zhǔn)確測(cè)量車廂內(nèi)各位置的酒精濃度，為主駕位置酒精濃度是否超標(biāo)提供準(zhǔn)確檢測(cè)。同時(shí)系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)信息的無(wú)線收發(fā)方式，可方便安裝在汽車上。本系統(tǒng)智能化程度腳高，功耗低，可靠性高，對(duì)預(yù)防酒后駕車具有良好的效果，因此在實(shí)際應(yīng)用中具有很好的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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