基于單片機的智能防酒駕控制系統(tǒng)

任建鵬++李勤

摘 要：隨著人民生活水平的提高，機動車的保有量屢創(chuàng)新高，使我們的道路安全問題面臨嚴峻的考驗。為了避免由酒駕引起的交通悲劇，設計一種智能電路來檢測駕駛員體內(nèi)的酒精含量并且能夠及時使發(fā)動機熄火是非常有必要的。本系統(tǒng)采用前后雙MQ-3酒精傳感器自動進行檢測，轉換成數(shù)字信號后，由單片機對數(shù)字信號進行處理并顯示。

關鍵詞：防酒駕；酒精檢測；單片機；設計

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0016-02

1 概述

隨著人民生活水平的提高，機動車的保有量屢創(chuàng)新高，使我們的道路安全問題面臨更加嚴峻的考驗。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計，全球每年有120多萬人死于交通事故，這也是說平均每20秒就有一人死于交通事故，其中大約有50%-60%的交通事故與酒后駕駛有關。酒后駕駛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織列為車禍致死的首要原因。為了避免交通悲劇的發(fā)生，設計一種智能電路來檢測駕駛員體內(nèi)的酒精含量并且能夠及時使發(fā)動機熄火是非常有必要的，同時還要排除車內(nèi)其他人員因喝酒對設備檢測的干擾，從而更加的合理、簡便和人性化。

2 總體設計

2.1 智能防酒駕控制系統(tǒng)電路設計

智能防酒駕控制系統(tǒng)電路主要由酒精檢測模塊、A/D轉換器、STC89C52單片機控制模塊、語音報警模塊和光電報警模塊、發(fā)動機熄火模塊及電源電路組成，系統(tǒng)模塊結構圖如圖1所示。

2.2 智能防酒駕控制系統(tǒng)設計原理

本系統(tǒng)的工作原理：由車內(nèi)駕駛位和右后座位的兩個MQ-3酒精傳感器來測量飲酒后車內(nèi)駕駛員位置以及后座位置的酒精濃度，輸出相應的電壓信號，經(jīng)過放大器放大處理后，通過A/D轉換器轉換成數(shù)字信號傳入單片機，最后由單片機通過對數(shù)字信號的處理來顯示酒精濃度，經(jīng)過單片機的邏輯判斷處理，根據(jù)檢測到的酒精濃度和標定值進行比較，如果駕駛位上酒精傳感器檢測的酒精濃度大于后座檢測到的酒精濃度并且超過標定值，則系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警，并且通過控制繼電器使發(fā)動機熄火并保持熄火狀態(tài)；如果駕駛位上酒精傳感器檢測的酒精濃度遠小于后座檢測到的酒精濃度且低于標定值，則系統(tǒng)會保持待機狀態(tài)，可以點火啟動汽車；如果駕駛位上酒精傳感器檢測的酒精濃度小于后座檢測到的酒精濃度但高于標定值，則系統(tǒng)會進入重新檢測，對駕駛人員體內(nèi)的酒精濃度進行更加準確檢測，要求駕駛人對酒精傳感器呼氣，從而控制汽車電機的啟動工作。整個系統(tǒng)完全自啟，自動對車內(nèi)的酒精濃度進行檢測，不需要任何的人為操作從而實現(xiàn)簡單方便，并且防止酒后駕駛的行為。在檢測結束后系統(tǒng)會自動進入待機狀態(tài)，當在行駛過程中出現(xiàn)更換駕駛人，而更換后的駕駛人處于酒后駕駛情況，酒精傳感器就會檢測出酒精濃度超標，從而使得發(fā)動機熄火，同時產(chǎn)生聲光報警；而因為出現(xiàn)駕駛人飲酒過少，初步檢測使酒精濃度過低使得可以汽車正常行駛，但隨著行駛的時間變長，由于車窗緊閉使得酒精濃度逐漸上升從而超標，也會使得發(fā)動機熄火，同時產(chǎn)生聲光報警。

3 硬件的選擇

3.1 酒精傳感器的選擇

我國對酒后駕駛的標準是血液中酒精含量超過20毫克/百毫升即為酒后駕駛，80毫克/百毫升即為醉酒駕駛。而在檢測過程中系統(tǒng)檢測到駕駛位酒精濃度（BrAC）與血液中酒精濃度（BAC）存在一定比例關系，當檢測到酒精濃度超過標準值時系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警，并且使發(fā)動機熄火并保持斷開狀態(tài)。為了避免檢測出現(xiàn)誤差，選擇一個性能較強，性價比高的酒精傳感器是十分有必要的。

酒精傳感器是將探測到的酒精濃度轉換成有用電信號的器件，而酒精傳感器在本系統(tǒng)中是或不可缺的一個元器件。通過市場上使用的酒精傳感器的進行比較，由于MQ-3傳感器對酒精氣體具有良好的靈敏度、長壽命、低成本，對汽油、煙霧、水蒸氣的抗干擾能力強，由簡單的驅動電路連接即可使用，因此在本系統(tǒng)中選擇了MQ-3酒精傳感器。MQ-3氣體傳感器所使用的氣敏材料是在空氣中電導率是較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器隨著所處環(huán)境中酒精蒸汽的增加，傳感器的電導率也隨著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換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。

MQ-3型酒精傳感器由陶瓷管、二氧化硅敏感層、測量電極以及加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。封裝的氣敏元件中包含有6只針狀管腳，其中4個管腳（兩個A 和兩個B）用于信號讀取，兩個H腳用于提供加熱電流。

傳感器主要由兩部分回路組成：其一是傳感器加熱回路；其二為傳感器信號輸出回路，它可以精確反映傳感器表面電阻的變化。傳感器表面電阻RS的變化，是通過與其串聯(lián)的負載電阻RL上的有效電壓信號VRL出面獲得的。二者之間的關系表述為：RS/RL=（VC-VRL）/VRL，其中VC為回路電壓10V。負載電阻RL可調(diào)為0.5～200K，加熱電壓Uh為5V。這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為0～5V。傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關系慎密，為了使測量的酒精濃度最高誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測量前需將傳感器預熱5 分鐘。

3.2 單片機的選擇

選用STC89C52芯片，該芯片是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)有4k字節(jié)的在線可重復編程、快速擦除、快速寫入程序的存儲器，能重復寫入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間更是長達十年，此屬于芯片功耗較低，全靜態(tài)工作，擁有8K字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，單芯片具有靈巧的8位cpu和系統(tǒng)可編程Flash。單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能，完全能夠滿足系統(tǒng)需要，為系統(tǒng)提供高效率的信號處理。

STC89C52能夠構成真正的單片機最小應用系統(tǒng)，從而縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于4K，四個I/O口全部提供給用戶。該系統(tǒng)可以用5V電壓編程，而且擦寫時間僅需10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。工作電壓范圍寬（2.7V～6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0Hz～24MHz之間，比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。STC89C52芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。

3.3 A/D轉換器的選擇

在單片機應用系統(tǒng)中，被測量對象的有關變化量，如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，一般要經(jīng)過傳感器轉換成連續(xù)變化的模擬電信號（電壓或電流），這些模擬電信號必須轉換成數(shù)字量后才能在單片機中用軟件進行處理。能夠完成模擬量轉換成數(shù)字量的電路稱為A/D轉換器（ADC）。

在本設計中選用的是A/D0832模數(shù)轉換器，這是一種8位分辨率、雙通道A/D轉換芯片、工作頻率為250KHz的A/D轉換器，轉換時間為 32μS、輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時輸入電壓在 0～5V之間，由于它體積小，兼容性強，性價比高因而得到廣泛使用。

4 軟件設計

4.1 系統(tǒng)控制程序的設計

對于單片機的編程來說，程序編寫語言比較常見的有C語言、匯編語言。匯編語言的機器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習慣，且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護等優(yōu)點，且編寫的模塊程序易于移植。

本系統(tǒng)的控制程序采用C語言進行編寫，主要包括系統(tǒng)初始化程序、模數(shù)轉換與數(shù)據(jù)儲存程序、數(shù)據(jù)處理程序、語音報警、光電報警與發(fā)動機熄火程序。

系統(tǒng)控制程序的工作過程如下：系統(tǒng)上電后，單片機系統(tǒng)開始初始化，MQ-3酒精傳感器自動檢測車內(nèi)駕駛位和后座的酒精濃度，啟動模數(shù)轉換并進行酒精濃度數(shù)據(jù)儲存，轉換結束后，進行酒精濃度數(shù)據(jù)處理，判斷前后酒精濃度大小，同時判斷駕駛位酒精濃度是否超標，若駕駛位酒精濃度較大并且超標，則使發(fā)動機熄火并保持斷開狀態(tài)同時發(fā)出聲光報警、轉向燈閃爍；若駕駛位酒精濃度較小但仍遠遠超標，則使發(fā)動機熄火并保持斷開狀態(tài)同時發(fā)出聲光報警、轉向燈閃爍；若駕駛位酒精濃度較小且剛超過標準值，則對駕駛位重新進行精確測量，并再次判斷酒精濃度是否超標；若駕駛位酒精濃度較小且未超過標準值，則允許發(fā)動機點火同時系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，同步檢測車內(nèi)酒精濃度。

4.2 系統(tǒng)程序整體流程

系統(tǒng)程序主要完成A/D轉換、數(shù)據(jù)處理、聲光報警等功能。軟件通過酒精傳感器的測量結果進行A/D轉換，將轉換后的數(shù)值與標定值比較判斷駕駛員的飲酒情況，從而系統(tǒng)在進行下一步判斷，系統(tǒng)程序整體流程圖如圖2所示：

5 結束語

利用前面各部分設計，制作基于單片機的防酒駕智能控制系統(tǒng)，改變目前市場已有的被動式——需要駕駛者主動向酒精傳感器呼氣，經(jīng)檢測合格后方可正常啟動的方式，研發(fā)出新型的主動式——系統(tǒng)自啟動雙向檢測酒精濃度，簡化操作步驟，提高檢測的準確度，且杜絕駕駛人人為躲避檢測從而酒駕的可能。智能防酒駕控制系統(tǒng)價格低廉且穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，檢測的準確性高，該系統(tǒng)的推廣可以有效的降低酒駕帶來的危害，給道路交通帶來了一定的安全性，同時它的出現(xiàn)可以在一定程度上緩解交管部門的壓力。

參考文獻：

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