車載多傳感器監測與報警系統

華紅艷，蘇歌唱，張彥斌，郭云云，桂其昌

（鄭州航空工業管理學院，鄭州450015）

0 引言

隨著我國經濟的高速發展，汽車已逐步進入每一個家庭。由此而帶來的一系列諸如酒后駕駛檢測、安全倒車與轉向等問題越來越引起人們的重視。隨著檢測技術與電子產品日新月異的發展，傳感器在汽車安全檢測報警系統中的重要性愈加明顯。一些新型的智能傳感器在汽車安全領域得到了應用，促進了汽車技術的不斷發展。本文研究設計了一種用于車載的具有監測及超限報警功能的多傳感器監測系統。該系統能夠實現駕駛室酒精濃度、車體傾角和車與車之間距離的實時監測，具有液晶顯示、語音提示功能，并基于GSM全球移動網絡系統同時向目標手機發送短信報警，只要在GSM網絡覆蓋的地區就能接收到報警信息，相對于傳統的報警方式而言，具有無距離限制、應用范圍廣等優點。

1 整體系統設計

該車載傳感器檢測與報警系統采用了STC12C5A60S2單片機芯片和MQ-3氣體傳感器，MMA7361加速度傾角模塊，HC-SR04超聲波測距模塊，WT588D語音芯片及SIM900A模塊，能夠自動檢測車內乙醇濃度是否超標，判斷車子是否在前行、車身傾斜角度，在倒車時能夠檢測出車尾與后方障礙物的距離，彌補后視盲區。SIM900A模塊的作用是當駕駛人不符合安全駕駛時除及時提醒司機本人外，還可以自動發送短信通知其家人或相關管理人員，避免事故的發生。各傳感器的檢測信號經A/D轉換后由單片機進行處理，然后通過液晶屏顯示，并伴有語音提示。本系統整體框架結構如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 單片機控制的LCD顯示電路

STC12C5A60S2單片機是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，且速度快8～12倍。內部集成MAX810專用復位電路,2路PWM，8路高速10位A/D轉換(250K/S)。內部資源豐富，可接受多路傳感器的A/D信號。液晶LCD1602能夠同時顯示32個字符，而且內部自帶CGRAM，操作控制簡單，并且能同時顯示多個傳感器監測到的參數，滿足本設計要求。單片機與LCD顯示電路如圖2所示。

2.2 超聲波測距

本設計采用HC-SR04超聲波測距模塊，HCSR04超聲波測距模塊可提供2～400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達3mm；模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。此模塊采用I/O口TRIG觸發測距，給至少10us的高電平信號；模塊自動發送8個40kHz的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測試距離=(高電平時間×聲速(340M/S))/2。

2.3 酒精濃度超標預警

MQ-3氣體傳感器對乙醇蒸氣有很高的靈敏度和良好的選擇性，可用于機動車駕駛人員及其他嚴禁酒后作業人員的現場檢測。MQ兩端的輸出電壓值經過電壓比較器后，就可以知道車廂內乙醇的濃度是否超過設定值，若超標則語音提示并采取一定的控制措施。檢測電路如圖3所示。路

2.4 傾角傳感器

車身傾斜角度測量的目的是為了避免汽車側翻，當汽車顛簸過大或傾斜達到一定限度時，提醒司機注意操控汽車，減小車身傾斜角度，避免汽車側翻。車身傾斜角度測量使用MMA7361加速度傾角模塊，MMA7361LC 3軸小量程加速傳感器是檢測物件運動和方向的傳感器，它根據物件運動和方向改變輸出信號的電壓值。如果沿著某一個方向活動，或者受到重力作用，輸出電壓就會根據其運動方向以及設定的傳感器靈敏度而改變其輸出電壓。用單片機的AD轉換器讀取X,Y,Z三個方向的輸出信號就可以檢測其運動和方向。該模塊如圖4所示。

2.5 語音報警電路

WT588D語音芯片擁有220段可控地址位，單個地址位最多可加載128段語音，本次采用WT588D為主控芯片的語音報警模塊，若對應的參數達到系統預設值，該模塊發出相應的提示音，司機便可以根據提示采取措施。

2.6 GSM模塊

GSM模塊選用SIM900A模塊，此SIM900A采用ARM926EJ-S架構,性能強大，可以內置應用程序。本系統中此模塊作用主要是當系統測得的酒精濃度超過預設值時，若駕駛人員仍然強行開車，則單片機使SIM900A模塊發送一條短信給指定的手機，通知其家人或其他管理人員,減少酒駕事故的發生。

2.7 電源電路

單片機對供電的要求是4.75～5.25V。本系統電源模塊采用9V電源，然后通過78L05穩壓到5V，SIM900A模塊的供電部分采用供電為3.5～4.5V 1.5A以上的直流電源模塊單獨供電，防止干擾單片機正常工作。

3 系統軟件設計

本設計的程序設計的框架如圖6所示，為方便編程，設計采用模塊化的思想。

4 結論與展望

本文基于單片機設計了一種用于車載的多傳感器監測與報警系統。由單片機自帶8路高速A/D轉換，可接受多路傳感器的信號，減少了外圍元件，使得硬件設計簡單，電路可靠性高；單片機通過對車上各種參數的實時監測反映到顯示屏上，并具有語音報警提示，便于司機實時了解汽車的情況，提高了汽車的運行安全性；程序采用模塊化編程，使得編程、調試快捷簡單；無線通信GSM模塊將一些重要信息發送相關人員手機，便于其他人員了解與監督司機及汽車實時狀況，也便于管理交通運輸系統。本設計系統的采用，將有效降低酒駕事故的發生，也有助于降低交通事故。

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