摘 要：采用ATmega16單片機作為核心控制器件，通過檢測駕駛員的酒精含量是否超標來控制汽車的點火開關是否打開來杜絕酒后駕車；聲光報警電路模塊用于當其酒精含量超標時發(fā)出聲光報警；同時，當系統(tǒng)測知飲酒駕駛員醉酒后，GPS定位系統(tǒng)及語音呼叫系統(tǒng)會以短信的方式通知車輛的位置，方便及時處理，降低了交通事故的發(fā)生率；設置的LCD顯示控件進行所有信息的實時顯示。

關鍵詞：單片機； 酒精檢測； 聲光報警； 主控電路

中圖分類號：

TN99-34; TP274

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)19

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Design of Multi-functional Anti-drunk Driving System Device Based on SCM

MA Hong

(Nanjing Institute of Industry Technology， Nanjing 210046， China)

Abstract： Taking ATmega16 chip as the core control device， through testing the driver′s alcoholicity to control the ignition switch to prevent drunk driving. The sound and light alarm circuit module was used to produce sound and light alarm when the alcohol level exceeded mark. At the same time， GPS positioning system and voice call system could notify position of the vehicle by the way of text message when the driver was tested to be drunk. This design brought convenience to the timely processing and reduced the incidence of traffic accidents. LCD display control unit of the design can display all information real-timely.

Keywords： SCM; alcohol detection; sound and light alarm; control circuit

收稿日期：2011-05-09

基于ATmega16超低功耗單片機的2J2001A型數(shù)碼酒精探測控制儀［1］，探測傳感器安裝在汽車內，分別在主駕駛車位上的頭頂上、方向盤上、每一個車門的邊上安裝，當駕駛人員進入駕駛座位后，可以自動對酒精濃度進行探測，當系統(tǒng)通過對5個酒精測試儀的數(shù)據分析后，會判定出駕駛員是否是飲酒駕車和醉酒駕車，并分別采取對應的措施，以確保行車和駕駛員的安全。系統(tǒng)可以根據檢測到的酒精含量是否超標控制汽車點火器打開或者關閉，如果超標，則駕駛人員無法啟動汽車同時安全帶會自動收緊，而且系統(tǒng)會呼叫相應的人員過來幫助駕駛員，因此從根本上杜絕了酒后駕車的出現(xiàn)。該系統(tǒng)具有性價比高，智能化程度高，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。

1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用超高靈敏度酒精傳感器用旁熱型半導體式酒精氣敏元件MQ3，超低功耗ATmega16單片機系統(tǒng)，自動探測酒精濃度的方法，可以防止駕駛人員逃避檢測，以判斷駕駛員是否是酒后開車，系統(tǒng)總體設計如圖1所示［2］。主機電路包括8個模塊，分別是酒精傳感電路模塊、電源模塊、GPS定位模塊、鍵盤控制模塊、液晶顯示模塊、聲光報警模塊、語音呼叫模塊、繼電器控制模塊。該系統(tǒng)放置在汽車儀表盤位置，當司機打開車門時，酒精探測控制儀啟動，此時發(fā)動機處于被鎖狀態(tài)，汽車無法啟動。酒精傳感器加熱后，探測控制儀對酒精傳感器探測的氣體信號進行檢測。由于酒精含量與酒精傳感器檢測后產生的電壓信號成特定的比例關系，因而可根據電壓信號進行酒精含量的判斷。檢測到的信號經過放大和濾波之后，通過單片機內置的12位ADC轉換為數(shù)字信號，由單片機對此信號進行處理判斷，假設酒精含量沒有超標，LCD顯示屏幕顯示當前酒精濃度，同時綠色指示燈(正常)亮起，控制繼電器不起作用，汽車隨之啟動；反之紅色指示燈(不正常)亮起并進行聲光報警，控制繼電器切斷點火裝置電源，同時安全帶收緊，系統(tǒng)啟動呼叫緊急聯(lián)系人裝置，通過GPRS導航儀測定當前位置并以語音或短信“我現(xiàn)在在XX方位，我喝醉了，請速來”告訴給緊急聯(lián)系人，此時駕駛人員無法啟動汽車，從根本上實現(xiàn)控制酒后駕車。汽車啟動后，控制儀隨即進入低功耗狀態(tài)，只有酒精濃度探測電路一直工作，一旦駕駛人員駕駛過程中飲酒，控制儀立即恢復到正常工作狀態(tài)。

2 系統(tǒng)主要電路設計

(1) 主控電路

本控制儀采用了由Atmel公司研發(fā)出的新一代高性能、低功耗、高集成化的8位微處理器，具有先進的RISC結構，大多數(shù)指令的執(zhí)行時間為單個時鐘周期增強型ATmega16單片機，它的工作電壓為4.5~5.5 V，工作頻率為0~16 MHz，支持JTAG端口仿真和編程，仿真效果比傳統(tǒng)仿真更真實有效。它的高度集成不但大大降低了故障率，而且在成本、體積、穩(wěn)定性方面都有明顯優(yōu)勢。系統(tǒng)主控電路如圖2所示，包含晶振電路、復位電路等［3］。

圖1 系統(tǒng)總體結構

圖2 系統(tǒng)主控電路示意圖

(2) 酒精檢測電路

酒精傳感器采用旁熱型半導體式酒精氣敏元件MQ3，探測范圍為［4］10～1 000 ppm。酒精檢測電路由高精度酒精傳感器、信號調理放大電路、濾波電路和單片機內置12位ADC等組成，主要功能是檢測酒精含量，判斷其是否超標，如圖3所示。

(3) 指示燈電路

指示燈電路有紅綠黃三個指示燈，紅燈是電源指示燈，工作時亮；綠燈是檢測提示燈，因為酒精探頭需要一定時間加熱，才能達到理想的靈敏度，加熱時間到，綠燈亮，表示可以進行濃度探測；黃燈為報警指示燈，黃燈不亮，表示可以行車；當黃燈亮時，表示酒精濃度超標，不可以駕駛，同時黃燈閃爍的頻率越高，酒精濃度越高［5］。如圖4所示。

(4) 液晶顯示電路

此系統(tǒng)選用的是廣州瑞通科技有限公司的SED1335圖形點陣LCD模塊，這是一款低功耗的點陣圖形式LCD，可以工作在3.3 V供電的情況下，顯示格式為128(列)×64(行)，具有多功能指令，內部帶有中文字庫，既可以工作于串行方式又可以工作于并行方式，很容易與16位的單片機相連［6］。本系統(tǒng)中與單片機的連接采用并行工作模式，以液晶顯示控制芯片ATmegal6的異步串行通信端USART為外部數(shù)據或控制指令的輸入斷口，如圖5所示。

圖3 酒精檢測電路圖

圖4 狀態(tài)指示燈

圖5 液晶顯示電路

(5) GPS導航系統(tǒng)設置電路

本設計在系統(tǒng)終端采用了GPS導航系統(tǒng)模塊作為開發(fā)平臺，當酒精檢測系統(tǒng)發(fā)出醉酒超標信號時，該模塊就會將所在地點的信息發(fā)到語音呼叫模塊上［7］。在平時無醉酒(飲酒)情況下，該模塊就充當GPS實時導航系統(tǒng)，為駕駛員提供必要的信息。

(6) 繼電器控制電路

控制繼電器有兩個主要部分，一個是控制系統(tǒng)，另一個是被控制系統(tǒng)。其起動機的工作原理如圖6所示。

(7) 語音呼叫系統(tǒng)控制電路

語音呼叫系統(tǒng)是繼酒精檢測電路發(fā)出超標信號后，該系統(tǒng)讀取GPS模塊傳送過來的信息并通過語音呼叫系統(tǒng)把飲酒者所在地點信息傳給其最近聯(lián)系人，讓他過來幫忙［8］，如：“我現(xiàn)在在XX方位，我喝醉了，請速來”。其電路如圖7所示。

圖6 起動機的原理圖

圖7 語音呼叫系統(tǒng)控制電路

(8) 報警和鍵盤電路

利用蜂鳴器作為報警器，當酒精含量超標時，發(fā)出禁止行車警告音；不超標時發(fā)出允許行車提示音。由單片機的I/O口驅動蜂鳴器來實現(xiàn)［9］。

3 系統(tǒng)軟件設計

軟件部分根據系統(tǒng)功能進行模塊化編程?？刂苾x主程序流程圖如圖8所示，實現(xiàn)酒精含量檢測、酒精含量是否超標判別、酒精含量顯示、聲光報警等功能。系統(tǒng)初始化后，對酒精傳感器進行加熱，自動進入測量狀態(tài)，然后采集酒精含量電壓信號，與設定的精度濃度進行比較，如果高于這個濃度，則顯示該濃度，并進行聲光報警，同時切斷點火電路，駕駛人員不能發(fā)動汽車；如果低于這個濃度，則顯示所測的濃度，同時啟動發(fā)動機。通過電路中預留的JTAG接口調試程序［10］，依據檢測系統(tǒng)不同功能的需要，采用模塊化的設計，將程序分成幾個主要的功能模塊：氣體檢測、工作電壓設置、采樣數(shù)據上傳。

4 結 語

酒精監(jiān)控系統(tǒng)是為預防或杜絕醉酒駕車引發(fā)交通事故發(fā)生而設計的。通過對各個電路功能及軟件工作流程的研究與制作，基本實現(xiàn)了設計要求。系統(tǒng)具有自動測量、智能化程度高、功耗低等特點，對預防酒后駕車具有很好的效果，在實際應用中具有很好的推廣價值。

圖8 控制儀主程序流程圖

參 考 文 獻

［1］Atmegal Corporation. ATmega16/ATmega16L datasheet: 8-bit microcontroller with16KBytes in-system programmable flash \\. \\. http:∥www.icpdf.com/PartnoView.asp?id=1969759_548476.

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