引言
目前幾乎所有國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛?cè)藛T進行現(xiàn)場檢測，以確定被測量駕駛員是否飲酒。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是否酒后駕車，以確保了司機的安全，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進行自主判斷，能夠控制汽車點火器開關(guān)，使飲酒駕駛員無法啟動汽車。
1 總體方案設計
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，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，設置一個話筒作為呼氣判斷裝置。當呼氣確認后，單片機發(fā)送觸發(fā)信號，開始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)生的電壓信號成比例關(guān)系，因而可根據(jù)電壓信號進行酒精含量的判斷。檢測信號經(jīng)過放大、檢波電路，進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，由單片機對此信號進行處理判斷，假設酒精含量沒有超標，指示燈亮起，控制繼電器不起作用，汽車可以啟動；反之，超標指示燈亮起，報警裝置同時響起，說明不能行駛，若司機強行啟動，控制繼電器切斷點火裝置電源，使汽車無法行駛，從而實現(xiàn)控制酒后駕車的功能。
2 硬件設計
硬件設計采用發(fā)射部分和接收部分獨立結(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，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，該元件是以復合金屬氧化物為主體材料的N 型半導體。呼氣時，一旦該元件接觸乙醇蒸汽，其電導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，送到單片機進行閥值判斷，檢測駕駛員呼出氣體中酒精含量是否超標。
2.1.2 呼氣判斷模塊
為防止駕駛員不呼氣而導致酒精探傳感器無法正確檢測到駕駛員體內(nèi)真實的酒精含量而做出錯誤判斷，設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，當黃燈不亮，表示呼氣不充分，直到黃燈亮，單片機才開始檢測酒精探頭送來的信號。
2.1.4 單片機
選用51 系列的89C2051 單片機作為處理器，用來檢測呼氣判斷信號并判斷氣體中的酒精含量，并生成相應的信息碼發(fā)送給發(fā)射設備。
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行判斷，做出相應操作。收到錯誤碼，返回繼續(xù)檢測；收到超標碼，報警音提示，點火裝置斷開，汽車大燈亮，喇叭響；收到不超標碼，發(fā)出可行駛提示音，點火裝置打開。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。
2.2.2 單片機
收到接收設備送來的碼，根據(jù)不同碼進行不同操作。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
受單片機控制，相當于開關(guān)，控制點火裝置開閉、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。
通過如上設計，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行解碼，并產(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。
3 軟件設計
軟件部分根據(jù)系統(tǒng)功能設置，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，實現(xiàn)吹氣識別，酒精含量是否超標判別，生成信息碼及把信息碼發(fā)送給接收部分的功能。其中每臺設備都有唯一的40 位二進制碼編號，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位的信息碼。由于每臺設備的編號都不同，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 個信息碼的校驗位是否正確。如果正確，則根據(jù)最后一個信息碼與超標碼比較判斷是否超標。否則，返回重新接收。當校驗位正確且與超標碼相同時，執(zhí)行超標操作，即報警裝置響起且控制繼電器切斷點火裝置電源；反之，與不超標碼進行比較判斷，若相同，則執(zhí)行不超標控制，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)是為預防交通事故發(fā)生情況而設計的。本文通過對各模塊功能及軟件工作流程的闡述，對整個設計進行了介紹。可隨身攜帶，不需任何復雜操作，在實際應用中具有很好的推廣價值。
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