一種基于單片機(jī)的多功能防醉駕系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)

摘要：采用ATmega16單片機(jī)作為核心控制器件，通過檢測(cè)駕駛員的酒精含量是否超標(biāo)來控制汽車的點(diǎn)火開關(guān)是否打開來杜絕酒后駕車；聲光報(bào)警電路模塊用于當(dāng)其酒精含量超標(biāo)時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警；同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)測(cè)知飲酒駕駛員醉酒后，GPS定位系統(tǒng)及語音呼叫系統(tǒng)會(huì)以短信的方式通知車輛的位置，方便及時(shí)處理，降低了交通事故的發(fā)生率；設(shè)置的LCD顯示控件進(jìn)行所有信息的實(shí)時(shí)顯示。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；酒精檢測(cè)；聲光報(bào)警；主控電路

    基于ATmega16超低功耗單片機(jī)的2J2001A型數(shù)碼酒精探測(cè)控制儀，探測(cè)傳感器安裝在汽車內(nèi)，分別在主駕駛車位上的頭頂上、方向盤上、每一個(gè)車門的邊上安裝，當(dāng)駕駛?cè)藛T進(jìn)入駕駛座位后，可以自動(dòng)對(duì)酒精濃度進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)通過對(duì)5個(gè)酒精測(cè)試儀的數(shù)據(jù)分析后，會(huì)判定出駕駛員是否是飲酒駕車和醉酒駕車，并分別采取對(duì)應(yīng)的措施，以確保行車和駕駛員的安全。系統(tǒng)可以根據(jù)檢測(cè)到的酒精含量是否超標(biāo)控制汽車點(diǎn)火器打開或者關(guān)閉，如果超標(biāo)，則駕駛?cè)藛T無法啟動(dòng)汽車同時(shí)安全帶會(huì)自動(dòng)收緊，而且系統(tǒng)會(huì)呼叫相應(yīng)的人員過來幫助駕駛員，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(jià)比高，智能化程度高，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)工作原理
    系統(tǒng)采用超高靈敏度酒精傳感器用旁熱型半導(dǎo)體式酒精氣敏元件MQ3，超低功耗ATmega16單片機(jī)系統(tǒng)，自動(dòng)探測(cè)酒精濃度的方法，可以防止駕駛?cè)藛T逃避檢測(cè)，以判斷駕駛員是否是酒后開車，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。主機(jī)電路包括8個(gè)模塊，分別是酒精傳感電路模塊、電源模塊、GPS定位模塊、鍵盤控制模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、語音呼叫模塊、繼電器控制模塊。該系統(tǒng)放置在汽車儀表盤位置，當(dāng)司機(jī)打開車門時(shí)，酒精探測(cè)控制儀啟動(dòng)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于被鎖狀態(tài)，汽車無法啟動(dòng)。酒精傳感器加熱后，探測(cè)控制儀對(duì)酒精傳感器探測(cè)的氣體信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。由于酒精含量與酒精傳感器檢測(cè)后產(chǎn)生的電壓信號(hào)成特定的比例關(guān)系，因而可根據(jù)電壓信號(hào)進(jìn)行酒精含量的判斷。檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過放大和濾波之后，通過單片機(jī)內(nèi)置的12位ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理判斷，假設(shè)酒精含量沒有超標(biāo)，LCD顯示屏幕顯示當(dāng)前酒精濃度，同時(shí)綠色指示燈(正常)亮起，控制繼電器不起作用，汽車隨之啟動(dòng)；反之紅色指示燈(不正常)亮起并進(jìn)行聲光報(bào)警，控制繼電器切斷點(diǎn)火裝置電源，同時(shí)安全帶收緊，系統(tǒng)啟動(dòng)呼叫緊急聯(lián)系人裝置，通過GPRS導(dǎo)航儀測(cè)定當(dāng)前位置并以語音或短信“我現(xiàn)在在XX方位，我喝醉了，請(qǐng)速來”告訴給緊急聯(lián)系人，此時(shí)駕駛?cè)藛T無法啟動(dòng)汽車，從根本上實(shí)現(xiàn)控制酒后駕車。汽車啟動(dòng)后，控制儀隨即進(jìn)入低功耗狀態(tài)，只有酒精濃度探測(cè)電路一直工作，一旦駕駛?cè)藛T駕駛過程中飲酒，控制儀立即恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

2 系統(tǒng)主要電路設(shè)計(jì)
    (1)主控電路
    本控制儀采用了由Atmel公司研發(fā)出的新一代高性能、低功耗、高集成化的8位微處理器，具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，大多數(shù)指令的執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期增強(qiáng)型ATmega16單片機(jī)，它的工作電壓為4．5～5．5 V，工作頻率為0～16 MHz，支持JTAG端口仿真和編程，仿真效果比傳統(tǒng)仿真更真實(shí)有效。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(shì)。系統(tǒng)主控電路如圖2所示，包含晶振電路、復(fù)位電路等。
    (2)酒精檢測(cè)電路
    酒精傳感器采用旁熱型半導(dǎo)體式酒精氣敏元件MQ3，探測(cè)范圍為10～1000ppm。酒精檢測(cè)電路由高精度酒精傳感器、信號(hào)調(diào)理放大電路、濾波電路和單片機(jī)內(nèi)置12位ADC等組成，主要功能是檢測(cè)酒精含量，判斷其是否超標(biāo)，如圖3所示。

    (3)指示燈電路
    指示燈電路有紅綠黃三個(gè)指示燈，紅燈是電源指示燈，工作時(shí)亮；綠燈是檢測(cè)提示燈，因?yàn)榫凭筋^需要一定時(shí)間加熱，才能達(dá)到理想的靈敏度，加熱時(shí)間到，綠燈亮，表示可以進(jìn)行濃度探測(cè)；黃燈為報(bào)警指示燈，黃燈不亮，表示可以行車；當(dāng)黃燈亮?xí)r，表示酒精濃度超標(biāo)，不可以駕駛，同時(shí)黃燈閃爍的頻率越高，酒精濃度越高。如圖4所示。
    (4)液晶顯示電路
    此系統(tǒng)選用的是廣州瑞通科技有限公司的SED1335圖形點(diǎn)陣LCD模塊．這是一款低功耗的點(diǎn)陣圖形式LCD，可以工作在3．3 V供電的情況下，顯示格式為128(列)×64(行)，具有多功能指令，內(nèi)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(jī)相連。本系統(tǒng)中與單片機(jī)的連接采用并行工作模式，以液晶顯示控制芯片ATmega16的異步串行通信端USART為外部數(shù)據(jù)或控制指令的輸入斷口，如圖5所示。
    (5)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)置電路
    本設(shè)計(jì)在系統(tǒng)終端采用了GPS導(dǎo)航系統(tǒng)模塊作為開發(fā)平臺(tái)，當(dāng)酒精檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出醉酒超標(biāo)信號(hào)時(shí)，該模塊就會(huì)將所在地點(diǎn)的信息發(fā)到語音呼叫模塊上。在平時(shí)無醉酒(飲酒)情況下，該模塊就充當(dāng)GPS實(shí)時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)，為駕駛員提供必要的信息。
    (6)繼電器控制電路
    控制繼電器有兩個(gè)主要部分，一個(gè)是控制系統(tǒng)，另一個(gè)是被控制系統(tǒng)。其起動(dòng)機(jī)的工作原理如圖6所示。

    (7)語音呼叫系統(tǒng)控制電路
    語音呼叫系統(tǒng)是繼酒精檢測(cè)電路發(fā)出超標(biāo)信號(hào)后，該系統(tǒng)讀取GPS模塊傳送過來的信息并通過語音呼叫系統(tǒng)把飲酒者所在地點(diǎn)信息傳給其最近聯(lián)系人，讓他過來幫忙，如：“我現(xiàn)在在XX方位，我喝醉了，請(qǐng)速來”。其電路如圖7所示。
    (8)報(bào)警和鍵盤電路
    利用蜂鳴器作為報(bào)警器，當(dāng)酒精含量超標(biāo)時(shí)，發(fā)出禁止行車警告音；不超標(biāo)時(shí)發(fā)出允許行車提示音。由單片機(jī)的I／O口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    軟件部分根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)行模塊化編程?？刂苾x主程序流程圖如圖8所示，實(shí)現(xiàn)酒精含量檢測(cè)、酒精含量是否超標(biāo)判別、酒精含量顯示、聲光報(bào)警等功能。系統(tǒng)初始化后，對(duì)酒精傳感器進(jìn)行加熱，自動(dòng)進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，然后采集酒精含量電壓信號(hào)，與設(shè)定的精度濃度進(jìn)行比較，如果高于這個(gè)濃度，則顯示該濃度，并進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)切斷點(diǎn)火電路，駕駛?cè)藛T不能發(fā)動(dòng)汽車；如果低于這個(gè)濃度，則顯示所測(cè)的濃度，同時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

    通過電路中預(yù)留的JTAG接口調(diào)試程序，依據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)不同功能的需要，采用模塊化的設(shè)計(jì)，將程序分成幾個(gè)主要的功能模塊：氣體檢測(cè)、工作電壓設(shè)置、采樣數(shù)據(jù)上傳。

4 結(jié)語
    酒精監(jiān)控系統(tǒng)是為預(yù)防或杜絕醉酒駕車引發(fā)交通事故發(fā)生而設(shè)計(jì)的。通過對(duì)各個(gè)電路功能及軟件工作流程的研究與制作，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)具有自動(dòng)測(cè)量、智能化程度高、功耗低等特點(diǎn)，對(duì)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(jià)值。