汽車酒駕限制系統(tǒng)的研究與設計

李綠色

（廈門軟件職業(yè)技術學院電子信息工程系，福建 廈門 361024）

0 引言

目前國內(nèi)外絕大多數(shù)品牌的汽車還沒有這一項技術的應用普及，相關的限制酒駕技術少之又少。駕駛員如果是正常駕駛狀態(tài)下，那么會對于發(fā)現(xiàn)前方存在危險情況并做出剎車動作這一系列反應過程大概是0.75s，但如果駕駛員處于酒后駕駛狀態(tài)下，那么在還能夠駕駛的情況下做出一系列反應的時間會增加2-3倍，增加了事故發(fā)生的概率。而且通過警力排查，司機要停車接受檢查，效率極其低下。本文針對汽車的特點，打造出這款酒駕限制器，利用檢測駕駛員體內(nèi)酒精含量來控制點火系統(tǒng)，真正達到防治酒駕的目的。本研究設計的裝置體積小，性能穩(wěn)定可靠，可移植性強，只要將裝置嵌入到方向盤就可以，不用對現(xiàn)有各類汽車進行設計改造。

1 整體設計

本研究采用MQ-3酒精傳感器，當設備檢測駕駛員體內(nèi)酒精濃度超標以后，就會形成一定電壓值，利用控制單片機系統(tǒng)來讓報警器發(fā)出報警聲音，同時給出一個信號封閉汽車啟動系統(tǒng)，從而使汽車無法啟動。設立兩種工作模式。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

如圖1所示，系統(tǒng)組成包括直流穩(wěn)壓電源模塊，酒精傳感器模塊，A/D轉(zhuǎn)換器模塊，單片機控制系統(tǒng)模塊，報警及點火鎖閉電路模塊，脈搏探測解鎖模塊。

技術指標：

（1）探測范圍：10～1000ppm酒精；

（2）靈敏度：≥500mV (130ppm);

（3）響應時間：≤5s；

（4）恢復時間：≤10s；

（5）系統(tǒng)供電電壓：DC±12V, DC+5V；

（6）工作電流：≤DC120mA。

標準工作條件如表1所示。

表1

2 模塊硬件電路設計

2.1 直流穩(wěn)壓源的設計

方案一：由變壓器把市電電壓轉(zhuǎn)變成為15V電壓，利用硅橋完成整流，電容濾波獲得±15V電壓。再由穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓及電阻分壓法輸出±12V、+5V直流電壓。

方案二：由變壓器把市電電壓轉(zhuǎn)變成為15V電壓，利用硅橋完成整流，電容濾波獲得±15V電壓。再由三端穩(wěn)壓器LM7812、LM7912、LM7805輸出±12V、+5V直流電壓。

方案二采用專用集成穩(wěn)壓芯片，得到的直流電源比方案一更加純凈，且電路設計簡易，運行穩(wěn)定。因此采用方案二。

基本工作原理：市電～220V經(jīng)過變壓器降壓為±12V，由IN4007構(gòu)成橋式整流電路進行整流，輸出后經(jīng)過電容濾波后分別進入LM7812第一腳（輸入端）和LM7912第三腳（輸入端），從LM7812和LM7912第三腳輸出，之后再次通過電容濾波獲取到穩(wěn)定直流電壓±12V、+5V。

調(diào)試方法：

a. 利用Protel 99se設計電源原理圖及PCB，制作PCB；

b.用萬用表檢查元器件的好壞，根據(jù)制作好的PCB板將器件焊接上去；

c. 調(diào)試電路，測試各個電性參數(shù)并記錄相關數(shù)據(jù)。

2.2 酒精檢測傳感器

使用MQ-3酒精檢測傳感器。其靈敏度高，還可以抗煙霧、汽油等的干擾，一般情況下相應速度會在10s之內(nèi)，響應較快；在功耗方面不超過0.75W，且輸出信號非常強，工作穩(wěn)定。

圖2 直流穩(wěn)壓電源電路

2.3 AD轉(zhuǎn)換器

方案一：使用ADC0809。其是美國國家半導體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。設備里面有一個8通道多路開關，能夠依據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，來選通8路模擬輸入信號的其中一個做A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs(時鐘為500kHz時)。

方案二：使用AD574。AD574A是AD574(Analog)推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有雙極性電路形成的一個混合集成轉(zhuǎn)換芯片，在外接元件數(shù)量上較少，功耗方面較低且精度方面較高，另外還具備自動極性轉(zhuǎn)換功能以及自動校零作用。轉(zhuǎn)換速率:25μs。

綜上所述，方案二AD574具有更快的轉(zhuǎn)換速度及編程便利性，故選擇方案二。

AD574工作原理在于其CE、12/8、CS、R/C和A0對工作狀態(tài)形成一個有效控制的過程。當CE=1、CS=0兩個條件都滿足的情況下，AD574才可能正常工作。如果AD574正常工作的時候，R/C=0時就會完成A/D轉(zhuǎn)換操作，CE=1時就會完成數(shù)據(jù)讀取操作。A0=0時，啟動的是按完整12位數(shù)據(jù)方式進行；當A0=1時，啟動的是按完整8位數(shù)據(jù)方式進行。

2.4 單片機控制系統(tǒng)

所用處理器為AT89S52 處理器。這種處理器屬于功耗較低、性能較高的CMOS8位微控制器，具備8K 在系統(tǒng)可編程Flash存存儲器。應用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，會和工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令以及引腳更具備兼容性。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，這大大增加了其適用性，在常規(guī)編碼器中同樣可以使用。單芯片上所具備的8 位CPU 及在系統(tǒng)可編程Flash，就會讓AT89S52幫助嵌入式控制應用系統(tǒng)提供更為靈活、有效的解決方案。

2.5 脈搏檢測傳感器

按照朗伯比爾(Lamber Beer) 定律,所說，物質(zhì)在一定波長處，其吸光度會和濃度形成正比。人體組織在接收到恒定波長的廣以后，吸收、反射衰減后所測得的光強度會在一定程度上表現(xiàn)出組織結(jié)構(gòu)特征。人體的脈搏主要就是人體動脈伸縮導致的,人體指尖組織動脈成分含量高，且厚度會比其他人體組織更薄一些，穿過手指所測出來的光強相比于其他人體組織而言會更大一些，所以能夠通過光電式脈搏傳感器對人體指尖進行測量來得到脈搏信號。

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試表明， 當駕駛員酒后進入駕駛室點火起動后，安置在方向盤上的酒精傳感器能檢測出駕駛員的酒精濃度是否超標。若超標，則傳感器發(fā)送信號給控制系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)處理后啟動報警器報警，同時關閉汽車點火系統(tǒng)禁止汽車啟動。