單片機(jī)在車載酒精探測系統(tǒng)中的作用

引言

　　如今社會對酒后駕車的危害都有目共睹，國家政府也頒布了相關(guān)懲罰條例來禁止這些行為，比如吊銷駕照六個月、扣分、罰款等等。

　　目前幾乎所有國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場檢測，以確定被測量駕駛員是否飲酒。現(xiàn)在市場上警用酒精測試儀種類繁多，隨著技術(shù)的發(fā)展，功能越來越強(qiáng)、靈敏度越來越高，它能有效協(xié)助交警定點(diǎn)抽查駕駛員是否飲酒，但由于抽查實(shí)施面狹窄，因此無法很好的對酒后駕車進(jìn)行控制。

　　本文提出了一種酒精探測及安全控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在汽車上，不用交警和其他人員就能判斷司機(jī)是否酒后駕車，以確保了司機(jī)的安全，又減少了交警等人員的工作量。同時根據(jù)檢測到酒精含量是否超標(biāo)進(jìn)行自主判斷，能夠控制汽車點(diǎn)火器開關(guān)，使飲酒駕駛員無法啟動汽車。而且該系統(tǒng)成本比呼氣酒精測試儀低，實(shí)現(xiàn)和使用更加簡單、可靠，能夠更為普遍的控制酒后駕車現(xiàn)象的發(fā)生。

　　1 總體方案設(shè)計

　　系統(tǒng)采用駕駛員主動呼氣方法，以判斷駕駛員是否是酒后開車，總體方案設(shè)計如圖1 所示。該系統(tǒng)可放置在汽車儀表盤位置，當(dāng)司機(jī)發(fā)動汽車時，報警裝置將會響起，提醒駕駛員使用酒精探測及安全控制系統(tǒng)，此時發(fā)動機(jī)處于被鎖狀態(tài)，汽車無法啟動。酒精傳感器加熱后，系統(tǒng)指示模塊綠燈亮起，提示駕駛員呼氣。為防止駕駛員逃避檢測，設(shè)置一個話筒作為呼氣判斷裝置。當(dāng)呼氣確認(rèn)后，單片機(jī)發(fā)送觸發(fā)信號，開始對酒精傳感器探測的氣體信號進(jìn)行檢測。由于酒精含量與酒精傳感器檢測后產(chǎn)生的電壓信號成比例關(guān)系，因而可根據(jù)電壓信號進(jìn)行酒精含量的判斷。檢測信號經(jīng)過放大、檢波電路，進(jìn)行信號放大和濾波之后，通過A/ D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由單片機(jī)對此信號進(jìn)行處理判斷，假設(shè)酒精含量沒有超標(biāo)，指示燈亮起，控制繼電器不起作用，汽車可以啟動；反之，超標(biāo)指示燈亮起，報警裝置同時響起，說明不能行駛，若司機(jī)強(qiáng)行啟動，控制繼電器切斷點(diǎn)火裝置電源，使汽車無法行駛，從而實(shí)現(xiàn)控制酒后駕車的功能。

　　2 硬件設(shè)計

　　硬件設(shè)計采用發(fā)射部分和接收部分獨(dú)立結(jié)構(gòu)，使得檢測和控制系統(tǒng)分離。

　　2.1 發(fā)射部分

      發(fā)射部分采取電池供電，以89C2051 單片機(jī)作為控制核心，配以QM- J3 氣敏酒精傳感器、呼氣話筒、8 位A/ D 轉(zhuǎn)換器AD0809 以及發(fā)射模塊F04E 組成。主要功能是檢測酒精含量，判斷其是否超標(biāo)，向接收部分發(fā)送信號。原理框圖如圖2 所示，該部分由以下模塊組成：

　　2.1.1 酒精含量檢測模塊

　　該模塊包含酒精傳感器、檢波、放大電路以及A/ D 轉(zhuǎn)換電路。酒精探頭選用QM- J3 氣敏傳感器，該元件是以復(fù)合金屬氧化物為主體材料的N 型半導(dǎo)體。呼氣時，一旦該元件接觸乙醇蒸汽，其電導(dǎo)率隨氣體濃度增加而迅速升高，使得產(chǎn)生的電壓信號也隨之增大。將電壓信號經(jīng)檢波、放大電路以及A/ D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，送到單片機(jī)進(jìn)行閥值判斷，檢測駕駛員呼出氣體中酒精含量是否超標(biāo)。

　　2.1.2 呼氣判斷模塊

　　為防止駕駛員不呼氣而導(dǎo)致酒精探傳感器無法正確檢測到駕駛員體內(nèi)真實(shí)的酒精含量而做出錯誤判斷，設(shè)置該模塊用以判斷駕駛員是否呼氣。使用話筒呼氣時，話筒必產(chǎn)生一個脈沖信號，單片機(jī)判斷駕駛員呼氣，再檢測酒精探頭送來的信號。

　　2.1.3 指示模塊

　　該模塊有紅綠黃三個指示燈。紅燈是電源指示燈，工作時亮；綠燈是呼氣提示燈，酒精探頭需要一定時間加熱，才能達(dá)到理想的靈敏度。

　　加熱時間到，綠燈亮，表示可以呼氣；黃燈表示呼氣有效，當(dāng)黃燈不亮，表示呼氣不充分，直到黃燈亮，單片機(jī)才開始檢測酒精探頭送來的信號。

　　2.1.4 單片機(jī)

　　選用51 系列的89C2051 單片機(jī)作為處理器，用來檢測呼氣判斷信號并判斷氣體中的酒精含量，并生成相應(yīng)的信息碼發(fā)送給發(fā)射設(shè)備。

　　2.1.5 發(fā)射模塊

　　采用成熟的F04E 發(fā)射模塊，該模塊可以與單片機(jī)直連，將處理器給出的信息碼調(diào)制后無線發(fā)送給接收部分。

　　2.2 接收部分

　　接收部分安裝于汽車上，主要是對收到的信號碼進(jìn)行判斷，做出相應(yīng)操作。收到錯誤碼，返回繼續(xù)檢測；收到超標(biāo)碼，報警音提示，點(diǎn)火裝置斷開，汽車大燈亮，喇叭響；收到不超標(biāo)碼，發(fā)出可行駛提示音，點(diǎn)火裝置打開。結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示，可分為如下幾個模塊：

　　2.2.1 接收設(shè)備模塊

　　采用J04H 接收模塊，J04H無信號時輸出為零電平狀態(tài)（無噪聲干擾） 可適合于單片機(jī)輸入端接口，J04H 采用條狀鍍金電感及優(yōu)化電路，無需外接天線，接受靈敏度高采用一定的硬度的鍍金電感調(diào)整接受頻點(diǎn)比采用微調(diào)電容調(diào)頻率的接收電路性能穩(wěn)定，J04H 具有較高的接收帶寬，與F04E 配套且基本免調(diào)試，只要電源饋電及引線沒有太大的分布參數(shù)即可處于正常地接受狀態(tài)。接收模塊接收發(fā)射模塊的信號，調(diào)制后把碼送到單片機(jī)。

　　2.2.2 單片機(jī)

　　收到接收設(shè)備送來的碼，根據(jù)不同碼進(jìn)行不同操作。其控制工作指示燈、繼電器、語音報警模塊。

　　2.2.3 繼電器控制模塊

　　受單片機(jī)控制，相當(dāng)于開關(guān)，控制點(diǎn)火裝置開閉、車燈的亮滅和喇叭的響與不響。

　　2.2.4 報警語音模塊

　　利用蜂鳴器作為報警器，當(dāng)酒精含量超標(biāo)時，發(fā)出禁止行車警告音；不超標(biāo)時，發(fā)出允許行車提示音。

　　通過如上設(shè)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(jī)判斷后產(chǎn)生相應(yīng)的控制碼由發(fā)送模塊無線發(fā)送出去。后端的接收部分可以將發(fā)射部分傳送的控制碼進(jìn)行解碼，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號以控制汽車點(diǎn)火電路，從而實(shí)現(xiàn)對酒后駕車的有效控制。

　　3 軟件設(shè)計

　　軟件部分根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)置，也被劃分為發(fā)射與接收兩個部分，由于篇幅所限，本文以流程圖的方式給出其主要功能。

　　發(fā)射部分主程序流程圖如圖4 所示，實(shí)現(xiàn)吹氣識別，酒精含量是否超標(biāo)判別，生成信息碼及把信息碼發(fā)送給接收部分的功能。其中每臺設(shè)備都有唯一的40 位二進(jìn)制碼編號，將編號由低位開始每五位放入信號碼的高五位，后三位根據(jù)檢測結(jié)果產(chǎn)生。這樣產(chǎn)生一組八個八位帶校驗(yàn)位的信息碼。由于每臺設(shè)備的編號都不同，因此這臺的發(fā)射器用在其他任何一臺接收器上都不能讓汽車發(fā)動，從而起到電子鑰匙作用。

　　如圖5 為接收部分的主程序流圖。其功能為實(shí)現(xiàn)接收信息，其中信息碼的接收是采用一次接收8個信息碼，接收完畢后判斷8 個信息碼的校驗(yàn)位是否正確。如果正確，則根據(jù)最后一個信息碼與超標(biāo)碼比較判斷是否超標(biāo)。否則，返回重新接收。當(dāng)校驗(yàn)位正確且與超標(biāo)碼相同時，執(zhí)行超標(biāo)操作，即報警裝置響起且控制繼電器切斷點(diǎn)火裝置電源；反之，與不超標(biāo)碼進(jìn)行比較判斷，若相同，則執(zhí)行不超標(biāo)控制，汽車可以啟動，若不相同，則返回重新接收信息。

　　4 結(jié)語

　　車載酒精探測及安全控制系統(tǒng)是為預(yù)防交通事故發(fā)生情況而設(shè)計的。本文通過對各模塊功能及軟件工作流程的闡述，對整個設(shè)計進(jìn)行了介紹。由于本系統(tǒng)發(fā)射部分很小，并與接收部分分離，可隨身攜帶，不需任何復(fù)雜操作； 同時接收部分安裝在汽車上，不易卸載，因此對預(yù)防酒后駕車具有很好的效果，在實(shí)際應(yīng)用中具有很好的推廣價值。