基于STC89C52RC單片機(jī)的酒駕報(bào)警器設(shè)計(jì)

喜琍 郭雷

摘要：全國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，汽車擁有者迅速攀升，道路交通安全造成危害比較大的當(dāng)屬酒駕。文章采用STC89C52RC作為主要芯片，選擇MQ-3氣體傳感器作為酒精含量檢測(cè)的傳感器，將結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，當(dāng)結(jié)果大于第一個(gè)設(shè)定值的5%時(shí)，車輛還可以正常行駛，但會(huì)亮紅燈提示；當(dāng)結(jié)果大于第二個(gè)設(shè)定值的10%時(shí)，車輛將無(wú)法啟動(dòng)，繼電器會(huì)斷開(kāi)汽車的打火電路，從而減少酒駕事故的發(fā)生。本設(shè)計(jì)可分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)，Proteus仿真軟件與Keil軟件相配合可進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真運(yùn)行，通過(guò)不斷的仿真運(yùn)行測(cè)試完成了本設(shè)計(jì)所設(shè)想的所有功能。

關(guān)鍵詞：酒駕報(bào)警器；STC89C52RC；酒精傳感器

中圖分類號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，私家車已經(jīng)逐步走進(jìn)普通人家，根據(jù)2021年數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)擁有機(jī)動(dòng)車的數(shù)量達(dá)到了3.84億輛。隨著私家車數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，交通事故也隨之增加，2021年全國(guó)共發(fā)生交通事故378 781起，死亡達(dá)9萬(wàn)多。在處理這些交通事故案件中，“醉駕”事故數(shù)穩(wěn)居第一，高達(dá)74 713人，而這僅僅是發(fā)生事故的人數(shù)，2021年交警部門查到并且處罰酒駕就高達(dá)56萬(wàn)人。酒駕嚴(yán)重威脅著人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，盡管近幾年對(duì)于酒駕的檢查與處罰愈加嚴(yán)格起來(lái)，但仍然有不少人抱有僥幸心理，在夜間查處酒駕的人數(shù)占比到60%左右。目前，我國(guó)對(duì)于查處酒駕的方式基本依靠交警部門的人員進(jìn)行路口設(shè)卡現(xiàn)場(chǎng)依次查處，這不僅消耗了大量的人力與時(shí)間，更重要的是，僅能作用于小部分的車輛，具有隨機(jī)性、分散性等諸多缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的酒駕報(bào)警器正好從根源上解決了這一問(wèn)題，采用單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)酒駕報(bào)警器，依靠單片機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及處理性能和可靠度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)酒駕根本上的治理以及解決，達(dá)到保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全的目的^［1-2］。

1 酒駕報(bào)警系統(tǒng)的整體架構(gòu)

酒駕報(bào)警器系統(tǒng)由輸入端、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、輸出端等部分組成，如圖1所示，輸入端主要由酒精傳感器采集車內(nèi)酒精，壓力傳感器進(jìn)行“有人”判斷，通過(guò)設(shè)置按鈕來(lái)設(shè)置報(bào)警的數(shù)值。A/D轉(zhuǎn)換主要是將輸入端收集來(lái)的數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再傳輸給單片機(jī)。輸出端主要對(duì)喝酒后的司機(jī)進(jìn)行提醒和攔截，包括蜂鳴器、顯示屏、繼電器以及LED燈等。

在司機(jī)打開(kāi)車內(nèi)電源后，LED綠燈開(kāi)始亮，表示車內(nèi)電源接通；壓力傳感器進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)壓力值超過(guò)51 Pa，即可確定駕駛座位上有人；此時(shí)酒精傳感器開(kāi)始工作，收集駕駛?cè)撕舫隹諝庵械木凭?。?dāng)收集到的酒精含量數(shù)值大于設(shè)定的第一個(gè)警戒值（空氣中的酒精含量5%）時(shí)，車外的紅燈開(kāi)始亮，蜂鳴器開(kāi)始進(jìn)行報(bào)警提示；當(dāng)收集到的酒精含量大于設(shè)定的第二個(gè)警戒值（空氣中的酒精含量10%）時(shí)，車外紅燈亮，車內(nèi)綠燈熄滅，繼電器斷開(kāi)（車輛無(wú)法啟動(dòng)），蜂鳴器報(bào)警提示^［3-4］。

2 酒駕報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 酒精傳感器電路

從國(guó)內(nèi)外的相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，酒精檢測(cè)分為很多種，而本設(shè)計(jì)采用了目前技術(shù)比較成熟的呼氣式檢測(cè)方法，它檢測(cè)迅速，造價(jià)低，小巧方便，正適合于本文設(shè)計(jì)所選。根據(jù)我國(guó)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，飲酒駕車是當(dāng)酒精含量≥20 mg/100 mL且＜80 mg/100 mL，醉酒駕車是≥80 mg/100 mL。為了避免誤判并增加實(shí)用性，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)設(shè)定值的方法進(jìn)行比對(duì)判斷。

在仿真軟件元件庫(kù)中沒(méi)有酒精傳感器元件，因此使用可調(diào)電阻（滑動(dòng)變阻器）來(lái)模擬MQ-3酒精傳感器，與酒精傳感器原理一樣，都是通過(guò)改變電阻的大小來(lái)檢測(cè)酒精數(shù)值，通過(guò)兩個(gè)上線箭頭來(lái)模擬車內(nèi)酒精含量的大小。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊

本設(shè)計(jì)采用ACD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它是一種雙通道A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，具有8位分辨率，工作頻率為250 kHz，輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容，輸入電壓為0～5 V，5 V供電。雙通道A/D轉(zhuǎn)換器體積小、兼容性高，重點(diǎn)是其高性價(jià)比深受喜愛(ài)。

2.3 單片機(jī)控制模塊

系統(tǒng)采用的是STC89C52RC單片機(jī)，是由宏晶科技公司增強(qiáng)了之前推出的8051系列，具有價(jià)格低廉、高速、功耗低、超強(qiáng)抗干擾力等特點(diǎn)。用戶應(yīng)用的程序空間字節(jié)更是高達(dá)8 k字節(jié)，具有比51單片機(jī)更強(qiáng)的精確度和工控能力，是單片機(jī)中性價(jià)比較高的選擇，能輕松駕馭本設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及所要求的準(zhǔn)確性。其指令編寫流程與AT89S51系列單片機(jī)一樣，可以兼容51單片機(jī)的指令代碼，應(yīng)用C語(yǔ)言可以進(jìn)行編程，簡(jiǎn)單且容易上手^［3-4］。

2.4 液晶顯示模塊

系統(tǒng)選用的是LM016L液晶顯示屏，該屏采用的HD44780控制器具有簡(jiǎn)便又強(qiáng)大的指令集，字符移動(dòng)以及閃爍的功能較強(qiáng)。排阻作為上拉電阻使用，因?yàn)長(zhǎng)M061L液晶顯示屏內(nèi)部是具有上拉電阻的，但仿真中卻沒(méi)有，因此加一個(gè)上拉電阻，將信號(hào)拉高，處在高電平^［5］。

3 酒駕系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及仿真

3.1 酒駕報(bào)警系統(tǒng)流程

根據(jù)上述介紹的酒駕報(bào)警器的功能可知，酒駕報(bào)警器是由傳感器與顯示屏子程序、報(bào)警器子程序等各模塊子程序組成，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的功能，具體流程如圖2所示。

3.2 軟件介紹

本次使用的編譯軟件是Keil公司發(fā)布的Keil UVision5，它是與51系列單片機(jī)兼容的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性等方面，C語(yǔ)言具有很大的優(yōu)勢(shì)，新手也很容易上手。Keil公司提供了一個(gè)強(qiáng)大的仿真調(diào)試器以及功能完善的完整的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。

整個(gè)設(shè)計(jì)的編寫、編譯、連接、調(diào)試、仿真等都可以與Proteus軟件相配合進(jìn)行開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，可用編輯器編輯或匯編源文件，并由C51編輯器編譯生成目標(biāo)文件，再由LlB51創(chuàng)建生成絕對(duì)目標(biāo)文件，最后由OH51轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的HEX文件，這個(gè)文件可以給單片機(jī)仿真使用。

3.3 仿真效果及分析

目前，應(yīng)用最廣泛的是Proteus軟件，該軟件使用方便、功能完整且對(duì)于用戶而言比較熟悉，所以本設(shè)計(jì)用其進(jìn)行仿真電路設(shè)計(jì)。EDA工具軟件是由英國(guó)Lab Center Electronics公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。Proteus仿真軟件實(shí)現(xiàn)了從圖紙到產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)，從原理圖布置、代碼到單片機(jī)、仿真外圍電路、PCB設(shè)計(jì)，是真正的三合一設(shè)計(jì)平臺(tái)，本設(shè)計(jì)除編譯程序外都在Proteus軟件中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)^［5］。

Proteus軟件可以仿真51系列、AVR、ARM等常用單片機(jī)，擁有超過(guò)2萬(wàn)種元器件，可以很方便地創(chuàng)建元件，還可以配合顯示輸出在原理圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行編程，可以看到輸入與輸出的結(jié)果顯示。把已經(jīng)編譯好的代碼HEX文件錄入繪制好的原理圖后，可以看到仿真實(shí)物的運(yùn)行情況，這為許多課程設(shè)計(jì)的學(xué)生提供了不可估量的方便。傳統(tǒng)的電子實(shí)驗(yàn)室無(wú)法提供大量的元器件，也無(wú)法隨意地更改已經(jīng)制成的電路儀器，仿真軟件提供了非常大的方便性，可使設(shè)計(jì)用時(shí)間、資金以及可能存在的危險(xiǎn)都相對(duì)地減少。

本次仿真設(shè)計(jì)中，MQ-3傳感器與壓力傳感器檢測(cè)到的數(shù)值經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，在通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理后顯示出來(lái)，輸入值由滑動(dòng)變阻器改變，對(duì)比之前設(shè)定的值，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值的5%時(shí)，紅LED燈亮，蜂鳴器報(bào)警，如圖3所示；超過(guò)設(shè)定值10%時(shí)，汽車則無(wú)法打火，如圖4所示。

在測(cè)試仿真效果時(shí)，通過(guò)仿真圖的M1壓力傳感器上的紅色上下箭頭來(lái)改變模擬重量，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，說(shuō)明有人，可進(jìn)行下一步操作。再通過(guò)調(diào)節(jié)RV1滑動(dòng)變阻器來(lái)模擬檢測(cè)到的司機(jī)喝酒的濃度，通過(guò)對(duì)比設(shè)定值的判斷進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定的下一步指令。

4 結(jié)語(yǔ)

道路交通安全面對(duì)汽車數(shù)量的增加而迎來(lái)巨大的挑戰(zhàn)，其中造成危害比較大的當(dāng)屬酒駕。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，我國(guó)一方面加大交通道路的巡查以及處罰力度，另一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)媒體的宣傳讓人們意識(shí)到酒駕的危害性。但這些都只是通過(guò)客觀層次去管理駕駛?cè)藛T，不能使駕駛?cè)藛T形成主觀自覺(jué)的思想行為，不能從根本上杜絕飲酒駕駛的行為，因此需要依靠先進(jìn)的技術(shù)來(lái)約束司機(jī)，杜絕酒駕。本系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機(jī)作為核心部件，選擇MQ-3氣體傳感器作為酒精濃度檢測(cè)的傳感器，將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，作為判斷駕駛者是否酒駕的依據(jù)。該酒駕報(bào)警系統(tǒng)具有較高的可靠性、針對(duì)性，可有效防止駕駛員酒后駕車，在某種程度上緩解了交通部門的壓力，具有很強(qiáng)的使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 沈 強(qiáng)）

Design of drunk driving alarm based on STC89C52RC microcontroller

Xi Li¹， Guo Lei²

（1.Jiangsu Shipping Vocational and Technical College， Nantong 226010， China;

2.Zhejiang Zeyue Information Technology Co.， Ltd.， Jiaxing 314211， China）

Abstract： With the rapid development of the national economy and the rapid rise of car owners， road traffic safety is more harmful when drunk driving. This design uses STC89C52RC as the main chip， the selection of MQ3 gas sensor as the alcohol content detection sensor， the results are transmitted to the single chip microcomputer， when the result is greater than the first set value of 5%， the vehicle can still run normally， but the red light will indicate;When the result is greater than 10% of the second set value， the vehicle will not start， and the relay will disconnect the ignition circuit of the car，thus reducing the occurrence of drunk driving accidents. This design can be divided into hardware circuit design and software programming. Proteus simulation software and Keil software can cooperate to design and simulation operation. Through continuous simulation operation test， all the functions envisaged in this design have been completed.

Key words： drunk driving alarm; STC89C52RC; alcohol sensor