基于單片機的防酒駕系統設計

司立宇，鄭要權

（德州學院，山東德州 253023）

基于單片機的防酒駕系統設計

司立宇，鄭要權

（德州學院，山東德州 253023）

采用 AT89S52 作為系統的中央處理單元，用于接收氣體傳感器的輸入信號，以及控制繼電器動作。選擇MQ-3 型氣體傳感器作為檢測呼出氣體中酒精含量的傳感器，檢測結果輸入到單片機內。繼電器的兩個輸出控制端一路連接酒駕報警燈，另一路連接發動機的打火裝置。當呼出氣體正常時繼電器連接發動機打火裝置，汽車可以啟動；當呼出氣體酒精含量超標時繼電器則連接酒駕報警燈，車輛無法啟動。文章進行了電路原理圖設計及軟件程序設計，最后通過 Proteus 軟件的 ISIS 模塊進行了電路仿真，驗證了本設計合理，功能完備。

防酒駕；氣體傳感器；電路設計；Proteus 仿真

1 概述

隨著我國機動車保有量的增加，人們駕車出席各種活動的場合也會與日俱增。席間推杯換盞，導致酒駕醉駕的交通事故也正在呈上升態勢；酒后駕車已成為車禍致死的重要原因。酒精會對道路安全造成如此嚴重的影響，主要是因為以下幾個原因：

（1）車輛的駕駛員一旦飲酒后，當身體的酒精攝入量達到一定量后，將會影響駕駛員的中樞神經，使之逐漸麻痹，功能性失調。經常看到喝醉的人走路搖晃，原因就是中樞神經的麻痹，導致行動遲緩，動作不協調，并且對外界的刺激也不敏感，增加了駕駛員的反應時間。

（2）酒精對于駕駛員的意識和視力也有影響。酒精的刺激使得駕駛員意識逐漸模糊，而且注意力也下降，視線變得越來越模糊，對道路情況判斷不準確。

（3）一般人喝酒后，會對危險意識不足，高估自己的能力和對環境判斷不足，再加上各種感觀如視線聽力、反應等都會大幅下降，因此此時駕車危險極大。

本設計成果綜合國內外研究的成果，結合我國實際應用，采用呼氣式酒精檢測方法檢測駕駛員是否飲酒，并基于單片機控制繼電器動作，切斷/接通機動車發動機電腦的防酒駕系統。文章首先對研究背景進行介紹，然后分析目前國內外防酒駕技術的發展狀況。結合現有研發思路和科技水平，設計一款簡單易操作，并且具有良好移植性的基于單片機的防酒駕系統。確定基于單片機的防酒駕系統的功能流程后，針對系統功能設計硬件電路。利用 Keil軟件編寫程序并且進行調試，最后使用 Proteus 軟件對電路和程序進行仿真。

2 硬件系統設計

（1）系統功能設計。本系統的設計初衷是避免駕駛員酒駕的發生。因此，當駕駛員上車后，將機動車供電系統打開，汽車電腦控制系統及各部件傳感器開始上電自檢，與此同時本系統也同時上電，并通過氣體傳感器監測是否酒精含量超標。如果未超標，繼電器處于常閉狀態，不動作，機動車可以正常打火并啟動；如果酒精含量超標，繼電器斷開機動車打火裝置，汽車無法啟動行駛，紅色告警燈敞亮報警。

圖1 防酒駕系統工作流程圖

（2）單片機控制系統。單片機種類繁多，其中 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。它是 AT89C51 的升級版本，不僅增加了功能，還具有在線可編程功能，更方便了程序調試。單片機控制系統包括單片機、電源電路、復位電路及晶振電路幾部分組成，它們構成了單片機的最小系統。

（3）繼電器模塊。繼電器模塊主要由繼電器及其驅動電路組成。其作用是，根據單片機輸出的信號接通汽車發動機打火裝置；或者是切換到酒精檢測超標的告警燈，從而切斷汽車發動機打火裝置。從單片機發出的驅動信號經過一個三極管放大電路后，連接到繼電器的信號輸入引腳。

圖2 繼電器模塊電路原理圖

（4）電源模塊。機動車的蓄電池電壓主要有 12V 和 24V。作為小型家用車，一般蓄電池電壓為 12V，因此本設計采用12V 電源輸入，經過一個起穩壓作用的三端穩壓集成電路LM7805 電路后，為單片機最小系統、傳感器模塊及繼電器模塊的提供電源輸出。旁路濾波電容可以減少由于電壓波動而帶來的對電路信號和供電的影響，從而提高系統的噪聲容限。

圖3 電源模塊

3 硬件電路原理圖

（1）開發環境介紹。在電子電路設計中，應用最廣泛的EDA 輔助進行印刷電路板設計的軟件就是由 Altium 公司設計開發的 Altium?Designer 軟件（前身是 Protel軟件）。它是目前行業中公認的操作簡便快捷，最方便，人機交互界面最人性化的輔助設計工具。并且大學階段也有學習過該軟件的設計使用。雖然各種版本的印刷電路板輔助設計軟件很多，并且有多個年代版本，但很多印刷電路板的制板場也都默認接受protel 99se 版本文件，可見其在行業內的地位舉足輕重。

Altium Designer 是一款將電子產品設計所需的開發環境整合到一起，形成一個軟件的集成平臺。它可以提供設計任務所需的所有工具，例如原理圖、PCB 設計，HDL 設計輸入，信號完整性分析，基于 FPGA 的嵌入式系統設計和開發等等。在本畢業設計中用到了 Altium Designer 軟件的原理圖設計模塊功能。

（2）硬件原理圖設計。打開 Altium Designer 軟件，創建工程文件并在其目錄下新建一個原理圖文件。設置文件屬性參數，例如光柵格等參數。在元器件庫中選擇所需要的元器件，放置在工作區內。根據以上內容，調整元器件位置擺放，并修改元器件參數，進行連線并自動命名。對電路進行電氣規則檢查。系統的硬件電路原理如圖4 所示：

圖4 系統電路原理圖

4 軟件程序

本系統上電后自動運行，完成系統的初始化后，主程序運行，系統自動檢測傳感器狀態。當酒精含量檢測超標時自動切斷發動機打火裝置；否則可以正常啟動發動機。其軟件流程如圖5 所示。

圖5 系統軟件流程圖

5 電路仿真

使用 Keil μVision4 編寫程序代碼并且編譯通過后，就可以對硬件實物或者軟件仿真進行測試。在本論文將使用Proteus 軟件對電路原理圖以及軟件程序進行電路仿真。Proteus 是由一家英國公司，Lab center Electronics 開發的計算機輔助設計軟件。它不僅有電路仿真的功能，還可以設計 PCB從而加工印刷電路板，以及虛擬模型仿真三個功能。目前可以對 8051 系列單片機、PIC、MSP430、AVR、ARM 以及 DSP 系列芯片進行仿真。

6 結語

文章設計了一款基于單片機的防酒駕系統。它采用MQ-3 型氣體傳感器作為檢測呼氣中酒精含量的傳感器，AT89S52 作為控制芯片，對傳感器的檢測結果輸入到單片機內。當檢測呼氣中酒精含量超標時，繼電器切斷汽車發動機打火裝置并報警。系統具有移植性好、操作簡單、響應速度快、成本低等特點，適合經濟型家用小型車輛使用。可以從技術角度進一步杜絕酒駕的產生。系統通過電路設計、軟件編程并在Proteus 軟件的 ISIS 模塊中進行仿真，驗證了本設計的系統功能完善、可靠。

［1］王宇峰.國內外智能交通系統研究現狀簡介［J］.硅谷，2008，（12）.

［2］鄭艷芳.基于道路及環境因素的城市交通安全分析研究［D］.福建：福州大學，2005.

［3］李群芳，張士軍.單片機微型計算機與接口技術［M］.北京：電子工業出版社，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：汽車服務工程。