基于單片機的智能模擬酒駕控制系統設計

李星緯　馬春宇

摘要：本設計是以單片機為基礎進行開發，由酒精傳感器、液晶顯示屏、報警器、汽車制動系統等硬件設備共同組成的一種智能酒駕控制系統。本設計的原理是通過檢測車內空氣中酒精濃度并將其轉化為數字信號，再交由單片機來處理數據并判斷是否酒駕。液晶顯示屏上實時顯示酒精濃度，并在超過設定標準時由報警器發出警報，從而達到預防和提醒酒駕行為的目的。該系統已經在現實生活中得到一定的應用并取得良好效果。

關鍵詞：單片機；酒駕控制；報警

隨著經濟增長人們買車變得越來越容易，在人類享受到便捷和舒適的交通的同時，酒駕這一道路安全問題也變得越來越嚴重。正常人飲酒后在酒精的刺激下，人的視覺和反應處于異常狀態，所以在駕駛過程中存在著極大的安全隱患。本設計不僅能夠準確判斷駕駛室的酒精濃度并發出報警，還能夠與汽車引擎系統進行連接，在檢測到酒駕行為之后禁止駕駛者啟動汽車。該系統的推廣可以有效地減少酒后駕駛行為的發生。

1酒精檢測原理

本系統由液晶顯示屏、傳感器、單片機控制器、語音報警器、人體紅外感應器、轉換器以及繼電器等組成；傳感器可以對空氣中酒精的濃度進行采集和檢測，并經由轉換器對不同區間的酒精濃度和電壓之間的轉換進行一系列的線性化的處理，把傳感器采集到的模擬信號經過A/D的轉換，傳送給控制單元單片機，交由單片機進行處理并計算輸出控制信號到顯示屏以及報警器，最終顯示出酒精濃度或者發出警報來提醒駕駛員現在是否酒駕。此外，本設計也可以通過調節SM-3傳感器的滑動變阻器，設定不同的酒精含量值。信號采集模塊檢測到的酒精濃度值大于所設定的標準值，蜂鳴器就會啟動，發出警報。與此同時，制動設備會控制汽車，禁止汽車點火啟動。我們認為本系統的應用對于酒駕行為的預防和制止具有非常顯著的效果，可以有效地保障駕駛人員和行人的生命安全。

2系統硬件設計

本產品采用高度模塊化的設計，其主體分為信號采集模塊、信號轉換模塊、汽車控制模塊、人體感應模塊以及報警模塊。我們采用了模塊化的新穎設計提高了系統各部分硬件的可維護性以及未來的擴展性。

1）人體感應模塊：該模塊利用了紅外感應器從而可以判斷是否有人員處在駕駛員位置，MQ-3酒精傳感器通過檢測空氣中的酒精濃度可以判斷駕駛位置所坐的人員是否喝酒。通過和核心部件單片機的相互連接，在人體感應模塊感應到有人員坐在駕駛員位置時，單片機會立刻處理來自人體感應模塊傳出的信號。人體感應模塊運行的工作原理大體就是“自動感應”，當模塊傳出的高電平“1”時，表示有人在感應的范圍內，當傳出低電平“0”時，則表明人已經離開了感應的范圍。

2）信號采集模塊：我們在MQ-3加熱電阻兩端接上5V的直流穩壓電源，通電之后讓電阻絲加熱敏感體電阻。MQ-3的阻值和輸出電壓的變化通過A/D0832轉換器轉換為數字信號，最終將轉化的信號交由單片機進行處理。模擬信號輸出端能輸出的信號范圍為0至+5V。因此，采集模塊檢測到空氣中的酒精濃度越大，輸出端輸出的電壓越高。通過將該輸出端口接入AD0832轉換器中的第2號引腳上我們，就可以實現AD轉換。

3）信號轉換模塊：酒精傳感器通過CHO輸入電壓至A/D0832轉換器，將輸入模擬信號轉換為相對的數字信號，最后由D0與DI口傳遞給單片機。ADC0832是最高分辨達256級的8位分辨率A/D轉換芯片，其足以滿足一般的模擬量轉換任務的需求。芯片的模擬電壓輸人通過內部電源輸入和參考電壓的復用可以控制在0-5V之間。該模塊的酒精傳感器檢測到空氣中含有酒精并檢測出酒精的濃度之后，酒精的濃度會被單片機處理轉換為電壓值，而A/D轉換器的職責是在將接收到的信號采集模塊所測的空氣中的酒精含量值進行處理并編碼。我們將電壓比較器和酒精檢測器之間相互連接，再將電位器和比較器連接，最終利用電位器的特性來實現用電壓值來改變負相輸出端。而我們最初設定的酒精合理的含量值便是次電壓值。

4）顯示模塊：本設計采用的是共陰極四位一體數碼管，該模塊在傳感器檢測到車內空氣酒精含量大于設定的合理范圍之后，通過核心處理單元單片機的一系列運算最終計算出空氣中的酒精含量值以后，將計算出來的濃度值發送給LED顯示器，從而在視覺上起到提醒作用。

5）報警模塊：MQ-3傳感器所檢測到的酒精含量值將被傳感器交由核心單片機處理，當大于合理的設定值，報警模塊將啟動實現報警的作用，LED燈會點亮同時蜂鳴器會發出語音，提醒駕駛員已經酒駕。

6）控制模塊：正常環境下單片機輸出高電平的信號，汽車可以正常點火啟動。信號采集模塊檢測到空氣中酒精濃度異常時，A/D轉換器會將傳感器輸送的信號轉換為電壓信號給單片機進行處理，并檢測出酒精的含量值，如果酒精的含量值大于設定的標準值，汽車啟動電路將會被切斷，無法啟動，并且發出報警。

7）復位電路：單片機中有一個程序指針，它在工作過程中會指向即將執行的程序。單片機上執行復位操作后程序指針將會指向程序的0000H地址處，也就是單片機即將要執行的第一條語句。在之后每執行完一條語句指針都會依次增加，以確保每次執行的程序都處在正確狀態。沒有它單片機就不知道該從何執行，也不知道工作時該執行的正確語句是哪條。指針的上電自動復位會讓各端口的輸入輸出電平不會處在不確定的狀態，更不會使外部設備產生錯誤的操作。進一步防止單片機里的一些控制寄存器功能紊亂。

上電復位功能的具體實現原理為，RST引腳在接通電源的一瞬間獲得高電平，由于電容電壓不能跟著瞬間變化，RST引腳所獲得的高電平隨著下圖中的C1充電，而逐漸下降。但是需要保持兩個機器時間的這段時間內單片機可以復位。

我們在復位電路的設計中應選用參數最為合適的元器件，電阻的阻值要合適，不要過小或過大。阻值過大RST不會獲得高電平，阻值過小也不會發揮限流作用。電容的容值也要大小合適以確保RST因腳上的高電平可以在放電過程中保持兩個機器周期。

8）晶振電路：單片機想在工作時各指令在操作上要依照嚴格的時間次序來工作，就必須接受時鐘信號的控制，否則會造成系統錯亂。而時鐘信號的提供方式主要分為兩種，內部時鐘方式和外部時鐘方式。外部時鐘方式如下，在XTAL1段引入已有的外部時鐘信號的同時使XTAL2端處于懸空狀態，因此外部時鐘信號多為12MHz以內的方波。外部時鐘方式多應用于單片機的通信這種多單片機一起協同工作的任務，其優點是會讓單片機的工作節奏統一。但是出于對電路結構精簡程度和功率消耗的考慮，本設計采用了內部時鐘方式。

我們選擇內部時鐘方式是基于盡量減少系統功耗的原則而考慮的。晶體振蕩器的作用為產生原始的時鐘頻率。石英晶體與XTAL1與XTAL2連接與單片機片內的震蕩電路共同形成震蕩回路，而電容的容值都為22pF從而加快起振和穩定頻率。

3系統軟件設計

首先信息采集模塊中的酒精檢測裝置會采集空氣中的酒精濃度信息，信息被A/D轉化器轉化成電壓信號再交由核心單片機處理，判斷是否酒駕。如若酒駕，單片機將輸出控制信號，LED顯示器模塊和蜂鳴器警報模塊。發出警報，并使汽車不能啟動。

4總結

因為酒駕行為會造成巨大危害，所以在交警部門進行嚴打之外，在汽車內部進行一定程度的自我檢測與自我提醒也是必要的。通過傳感器進行檢測并由報警器進行提醒，可以一定程度上從根源上制止酒駕這種行為的發生。因此我認為我們的產品在這種社會環境的需求下具有很大的前景。