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酒后駕車容易發(fā)生交通事故，為了減少或杜絕這種現(xiàn)象，通常是采用呼氣酒精測試儀對駕駛人員進行現(xiàn)場檢測，以確定駕駛人員是否飲酒。目前，市場上警用酒精測試儀種類繁多、功能強大、靈敏度高，但是由于它沒有安裝在汽車內部，只能由交警人員來實施，因此并不能從根本上杜絕酒后駕車，酒后駕車事件仍時有發(fā)生。 本文提出了一種基于MSP430單片機的超低功耗酒精探測控制儀，該儀器安裝在汽車內，當駕駛人員進入駕駛室后，可以自動對酒精濃度進行探測，以確保行車的安全。系統(tǒng)可以根據(jù)檢測到的酒精含量是否超標控制汽車點火器打開或者關閉，如果超標，則駕駛人員無法啟動汽車，因此從根本上杜絕了酒后駕車的出現(xiàn)。該系統(tǒng)具有性價比高，智能化程度高，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)采用超高靈敏度酒精傳感器，超低功耗單片機系統(tǒng)，自動探測酒精濃度的方法，可以防止駕駛人員逃避檢測，以判斷駕駛員是否是酒后開車，系統(tǒng)總體設計如圖1所示。該系統(tǒng)可放置在汽車儀表盤位置，當司機發(fā)動汽車時，探測控制儀啟動，此時發(fā)動機處于被鎖狀態(tài)，汽車無法啟動。酒精傳感器加熱后，探測控制儀對酒精傳感器探測的氣體信號進行檢測。由于酒精含量與酒精傳感器檢測后產(chǎn)生的電壓信號成特定的比例關系，因而可根據(jù)電壓信號進行酒精含量的判斷。檢測到的信號經(jīng)過放大和濾波之后，通過單片機內置的12位ADC轉換為數(shù)字信號，由單片機對此信號進行處理判斷，假設酒精含量沒有超標，LCD顯示屏幕顯示當前酒精濃度，同時正常指示燈亮起，控制繼電器不起作用，汽車隨之啟動；反之，則進行聲光報警，控制繼電器切斷點火裝置電源，駕駛人員無法啟動汽車，從根本上實現(xiàn)控制酒后駕車。汽車啟動后，控制儀隨即進入低功耗狀態(tài)，只有酒精濃度探測電路一直工作，一旦駕駛人員駕駛過程中飲酒，控制儀立即恢復到正常工作狀態(tài)。 圖1 系統(tǒng)總體結構 系統(tǒng)硬件設計 1 主控電路設計 本控制儀采用了美國德州儀器公司推出的16位超低功耗、高性能MSP430單片機系列中的MSP430FG4619。它在活動模式時僅350μA，口線輸入漏電流最大50nA；它的高度集成不但大大降低了故障率，而且在成本、體積、穩(wěn)定性方面都有明顯優(yōu)勢。 酒精探測控制儀系統(tǒng)中MSP430FG4619用來判斷氣體中的酒精含量，控制整個控制儀的工作。系統(tǒng)主控電路如圖2所示，包含晶振電路、復位電路和JTAG接口電路等。 2 酒精檢測電路 酒精檢測電路由高精度酒精傳感器、信號調理放大電路、濾波電路和單片機內置12位ADC等組成，如圖3所示。主要功能是檢測酒精含量，判斷其是否超標。 圖2 系統(tǒng)主控電路示意圖 酒精傳感器采用旁熱型半導體式酒精氣敏元件MQ3，它對乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性，快速的響應恢復，長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性，探測范圍為10～1000ppm，尤其適用于酒后駕駛人員的檢測。 信號調理放大電路前級采用美信公司生產(chǎn)的高精密運放MAX4238來實現(xiàn)，它具有1pA的偏置電流，2μV的偏置電壓，超低溫漂，良好的性能。后級放大采用常用的OP07C運算放大來實現(xiàn)，濾波芯片采用美信公司生產(chǎn)的開關電容型引腳可編程集成濾波器MAX266來實現(xiàn)，具有比普通RC濾波電路更優(yōu)異的性能。 A/D轉換采用MSP430FG4619IPZ自帶的12位、最大速率為200KSPS的ADC，它的電壓基準可以選擇為內部基準或者外部基準，節(jié)省了外部ADC芯片，大大簡化了硬件的設計，同時可以滿足精度的要求，因此非常適合于本系統(tǒng)的設計。 圖3 酒精檢測電路圖 3 指示燈和液晶顯示電路 指示燈電路有紅綠黃三個指示燈，紅燈是電源指示燈，工作時亮；綠燈是檢測提示燈，因為酒精探頭需要一定時間加熱，才能達到理想的靈敏度，加熱時間到，綠燈亮，表示可以進行濃度探測；黃燈為報警指示燈,黃燈不亮，表示可以行車；當黃燈亮時，表示酒精濃度超標，不可以駕駛，同時黃燈閃爍的頻率越高，酒精濃度越高。 液晶顯示電路用來顯示測定得到的酒精的濃度。液晶顯示電路采用LCM128645ZK，這是一款低功耗的點陣圖形式LCD，可以工作在3.3V供電的情況下，顯示格式為128（列）×64（行），具有多功能指令，內部帶有中文字庫，既可以工作于串行方式又可以工作于并行方式，很容易與16位的單片機相連。本系統(tǒng)中與單片機的連接采用并行工作模式，如圖4所示。 圖4 鍵盤顯示和指示燈電路圖 4 繼電器控制電路 本電路受單片機P2.4控制，相當于開關，控制點火裝置的打開和關閉、車燈的亮滅和喇叭的響與不響。是系統(tǒng)中非常重要的執(zhí)行單元。電路簡單，由于篇幅原因，這里不給出。 5 報警和鍵盤電路 利用蜂鳴器作為報警器，當酒精含量超標時，發(fā)出禁止行車警告音；不超標時，發(fā)出允許行車提示音。由P1.7驅動蜂鳴器來實現(xiàn)。 因為單片機有足夠多的I/O引腳，因此系統(tǒng)的鍵盤電路采用獨立式鍵盤，如圖4所示。采用中斷的方式工作，可以設定酒精探測控制儀的系統(tǒng)參數(shù)，比如設定的報警的酒精濃度等。 6 其他電路 JTAG接口電路用于調試程序，以及系統(tǒng)軟件的升級。電源轉換電路用于將車上的供電系統(tǒng)轉換為單片機以及系統(tǒng)所用的到的芯片所需的電壓。監(jiān)控復位電路用于保證單片機處于良好的運行狀態(tài)，防止受到干擾導致程序跑飛，比內部看門狗電路更可靠。 通過以上設計，系統(tǒng)前端就可以把酒精傳感器檢測到的酒精含量信號經(jīng)單片機判斷后產(chǎn)生相應的控制信號以控制汽車點火電路，從而實現(xiàn)對酒后駕車的有效控制。 圖5 控制儀主程序流程圖 軟件設計 軟件部分根據(jù)系統(tǒng)功能進行模塊化編程。控制儀主程序流程圖如圖5所示，實現(xiàn)酒精含量檢測、酒精含量是否超標判別、酒精含量顯示、聲光報警等功能。系統(tǒng)初始化后，對酒精傳感器進行加熱，自動進入測量狀態(tài)，然后采集酒精含量電壓信號，與設定的精度濃度進行比較，如果高于這個濃度，則顯示該濃度，并進行聲光報警，同時切斷點火電路，駕駛人員不能發(fā)動汽車；如果低于這個濃度，則顯示所測的濃度，同時啟動發(fā)動機。 結語 車載酒精探測儀是為預防交通事故發(fā)生情況而設計的。本文通過對各個電路功能及軟件工作流程的闡述，對整個設計進行了介紹。由于本系統(tǒng)安裝在汽車上，自動測量、智能化程度高、功耗低，對預防酒后駕車具有很好的效果，在實際應用中具有很好的推廣價值。 |
