基于MSP430的車載防醉駕安全系統設計

高云霞，李清華，吳凱凱，張 林，高景剛

（長安大學 電控學院，陜西 西安710064）

自2011年5月1日起，刑法修正案（八）和修改后的《道路交通安全法》正式實施，醉酒駕車將被追究刑事責任。隨著醉駕被以危險駕駛罪判處拘役的真正實施，媒體和社會各界對醉駕入刑問題更為關注。各個國家對有關酒精測試的儀器種類繁多，但因沒有安裝在汽車內部,而只能由交警手持儀器定點一對一地抽查，使得醉駕檢查實施的范圍狹窄，無法主動消除這一危險駕車行為，也就不能完全杜絕醉駕所引發的交通事故。

因此希望設計一款車載防醉駕安全系統，此車載防醉駕控制系統的設計分為兩部分，其中酒精濃度檢測判斷部分安裝在汽車方向盤附近，以便駕車人呼氣檢測；第二部分是酒精濃度超標控制點火部分，這部分電路與汽車點火器相連，控制點火和報警電路。這樣就可以實現全范圍的主動禁止醉駕。

1 系統設計方案

本設計的工作原理是當司機發動汽車時，指示燈亮提示用戶裝置啟動，提示司機必須首先對酒精傳感器呼氣，該氣體經傳感器、檢波放大和AD轉換等處理后，輸入到主控芯片中進行判斷，如果超過閾值電壓，則蜂鳴器發聲則無法啟動步進電機，也就意味汽車發動機無法點火，此時語音報警電路會啟動報警。反之，如果測試酒精含量沒有超標，則顯示器提示酒精濃度正常，汽車可正常打火啟動。如圖1所示為該系統的總體原理框圖。

圖1 系統總體設計圖Fig.1 System overall schematic diagram

2 硬件電路的設計

系統的核心控制模塊是美國TI公司的MSP430F149，該芯片的亮點在于低功耗，片上外圍模塊豐富，系統工作穩定，符合現代環保的理念；特別是該芯片自帶10位和12位ADC轉換，使用方便，完全滿足現實生活中駕車的實際要求。

1)酒精濃度采集

酒精濃度采集輸入端選用酒精濃度傳感器MQK2器件。它采用燒結半導體形成的敏感燒結體，該制作工藝保證了其長期工作的穩定性；對乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性，信噪比高且功耗低；這些特點都符合司機自測醉駕操作需求。

MQK2主要由氣敏器件和電阻絲組成，VH接5 V加熱電壓，能將電阻絲加熱到270～300℃；Vc接工作電壓（范圍5－24 V）；本系統外接電壓取+5 V，取樣電阻RL=2 kΩ，這樣經圖2電路就可將MQK2傳感器的阻值變化轉化成輸出電壓的變化，從而可以通過MSP430F149內部的A/D器轉換成數字量供單片機處理。

圖2 MQK2原理電路Fig．2 MQK2 principle circuit

考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉換為電量，傳感器輸出的是0～3．3 V的電壓且壓值穩定，因酒精傳感器輸出的電壓范圍為3～5 V，，所以不能直接將酒精傳感器輸出值直接給單片機。由文獻[1]可見酒精含量與酒精傳感器檢測后產生的電壓信號成線性比例關系，故可選擇用一個通用的比例電路轉化到單片機電壓范圍。此設計電路中用滑動變阻器代替酒精傳感器，就可直接把傳感器輸入的模擬量用滑動變阻器電壓輸入的變化送入單片機,由此得到的酒精濃度和電壓的一一對應關系。

2)電機驅動和報警模塊

當酒精含量超標時，用蜂鳴器和一個8550三極管來驅動提示司機酒駕。指示燈是一個發光二極管接至單片機，加1～2 kΩ電阻限流。當酒駕時單片機的輸出口P6．7置1，同時8550三極管放大單片機的電流來驅動蜂鳴器。而當正常使用時用輸出口p5．0置1，再加一個限流電阻，防止電流過高而燒壞二極管。

這里用步進電機代替現實中汽車的點火，步進電機轉動就意味汽車的發動機啟動，反之則汽車不能啟動。因單片機輸出電流無法驅動電機，所以需要用驅動模塊來驅動電機?；诶碚摲治龊蛯嶋H情況擬定選擇步進電機和LN298作為硬件電路。

綜上所述，系統用LCD12864顯示模塊提供人機交互的界面，ADC轉換模塊進行模數信號轉換；數據處理模塊用于在12864屏上顯示檢測信息，并和輸入的模擬量對應；電機驅動和報警模塊負責當輸入的模擬量過高時，報警提示用戶，并顯示酒精含量的相關信息；或輸入模擬量沒標時提示用戶可正常打火總體。

3）主要元器件

綜上對硬件的描述，本設計中所用的主要元器件及其參數如表1所示。

3 軟件設計

系統主程序流程圖及編譯成功截如圖3和4所示。系統上電后要對各模塊進行初始化設置，判斷是否發出聲音和光報警，同時將計算所得酒精濃度值送LCD12864顯示。

表1 主要元器件參數表Tab.1 The main components parameters

圖3 主程序流程圖Fig．3 The main program flow chart diagram

圖4 編譯器程序編譯成功截圖Fig．4 The compiled successfully diagram of program

4 實物調試電路

如圖5整個電路由兩部分電路組成：MSP430F149系統板上的硬件資源（LCD12864顯示屏、蜂鳴器、發光二極管等）和一塊電機的驅動模塊電路（LN298的驅動模塊和直流電機）。

圖5 實物調試電路Fig.5 The physical circuit debugging diagram

當單片機上電時，12864顯示屏顯示歡迎 （如圖6左圖），當酒精含量高于設定值時，圖6中顯示醉駕信息，同時電機就被禁止也就意味著發電機的點火裝置被靜止。若判斷酒精含量正常則提示可以安全駕駛車（如圖6右圖）。

圖6 顯示信息Fig.6 The display information

5 結束語

該系統對車載防醉駕安全控制系統進行了的軟硬件電路設計，并對基于32位低功耗主控芯片MSP430為核心芯片的試驗性電路進行了軟硬件聯合調試，證明了設計電路的可行性和正確性。該硬件電路簡單且成本低廉，軟件設計模塊化便于調試，具有一定的擴展和應用價值。但車載醉酒禁駕系統與人的主觀能動性關系密切，如何智能識別酒精傳感器接收到的氣體是否為將要駕車本人所呼出,這方面還需做進一步研究。

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