司立宇，鄭要權(quán)

（德州學(xué)院，山東德州 253023）

基于單片機(jī)的防酒駕系統(tǒng)設(shè)計(jì)

司立宇，鄭要權(quán)

（德州學(xué)院，山東德州 253023）

采用 AT89S52 作為系統(tǒng)的中央處理單元，用于接收氣體傳感器的輸入信號，以及控制繼電器動(dòng)作。選擇MQ-3 型氣體傳感器作為檢測呼出氣體中酒精含量的傳感器，檢測結(jié)果輸入到單片機(jī)內(nèi)。繼電器的兩個(gè)輸出控制端一路連接酒駕報(bào)警燈，另一路連接發(fā)動(dòng)機(jī)的打火裝置。當(dāng)呼出氣體正常時(shí)繼電器連接發(fā)動(dòng)機(jī)打火裝置，汽車可以啟動(dòng)；當(dāng)呼出氣體酒精含量超標(biāo)時(shí)繼電器則連接酒駕報(bào)警燈，車輛無法啟動(dòng)。文章進(jìn)行了電路原理圖設(shè)計(jì)及軟件程序設(shè)計(jì)，最后通過 Proteus 軟件的 ISIS 模塊進(jìn)行了電路仿真，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)合理，功能完備。

防酒駕；氣體傳感器；電路設(shè)計(jì)；Proteus 仿真

1 概述

隨著我國機(jī)動(dòng)車保有量的增加，人們駕車出席各種活動(dòng)的場合也會與日俱增。席間推杯換盞，導(dǎo)致酒駕醉駕的交通事故也正在呈上升態(tài)勢；酒后駕車已成為車禍致死的重要原因。酒精會對道路安全造成如此嚴(yán)重的影響，主要是因?yàn)橐韵聨讉€(gè)原因：

（1）車輛的駕駛員一旦飲酒后，當(dāng)身體的酒精攝入量達(dá)到一定量后，將會影響駕駛員的中樞神經(jīng)，使之逐漸麻痹，功能性失調(diào)。經(jīng)?？吹胶茸淼娜俗呗窊u晃，原因就是中樞神經(jīng)的麻痹，導(dǎo)致行動(dòng)遲緩，動(dòng)作不協(xié)調(diào)，并且對外界的刺激也不敏感，增加了駕駛員的反應(yīng)時(shí)間。

（2）酒精對于駕駛員的意識和視力也有影響。酒精的刺激使得駕駛員意識逐漸模糊，而且注意力也下降，視線變得越來越模糊，對道路情況判斷不準(zhǔn)確。

（3）一般人喝酒后，會對危險(xiǎn)意識不足，高估自己的能力和對環(huán)境判斷不足，再加上各種感觀如視線聽力、反應(yīng)等都會大幅下降，因此此時(shí)駕車危險(xiǎn)極大。

本設(shè)計(jì)成果綜合國內(nèi)外研究的成果，結(jié)合我國實(shí)際應(yīng)用，采用呼氣式酒精檢測方法檢測駕駛員是否飲酒，并基于單片機(jī)控制繼電器動(dòng)作，切斷/接通機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)電腦的防酒駕系統(tǒng)。文章首先對研究背景進(jìn)行介紹，然后分析目前國內(nèi)外防酒駕技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。結(jié)合現(xiàn)有研發(fā)思路和科技水平，設(shè)計(jì)一款簡單易操作，并且具有良好移植性的基于單片機(jī)的防酒駕系統(tǒng)。確定基于單片機(jī)的防酒駕系統(tǒng)的功能流程后，針對系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)硬件電路。利用 Keil軟件編寫程序并且進(jìn)行調(diào)試，最后使用 Proteus 軟件對電路和程序進(jìn)行仿真。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷是避免駕駛員酒駕的發(fā)生。因此，當(dāng)駕駛員上車后，將機(jī)動(dòng)車供電系統(tǒng)打開，汽車電腦控制系統(tǒng)及各部件傳感器開始上電自檢，與此同時(shí)本系統(tǒng)也同時(shí)上電，并通過氣體傳感器監(jiān)測是否酒精含量超標(biāo)。如果未超標(biāo)，繼電器處于常閉狀態(tài)，不動(dòng)作，機(jī)動(dòng)車可以正常打火并啟動(dòng)；如果酒精含量超標(biāo)，繼電器斷開機(jī)動(dòng)車打火裝置，汽車無法啟動(dòng)行駛，紅色告警燈敞亮報(bào)警。

圖1 防酒駕系統(tǒng)工作流程圖

（2）單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)種類繁多，其中 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。它是 AT89C51 的升級版本，不僅增加了功能，還具有在線可編程功能，更方便了程序調(diào)試。單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、電源電路、復(fù)位電路及晶振電路幾部分組成，它們構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。

（3）繼電器模塊。繼電器模塊主要由繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路組成。其作用是，根據(jù)單片機(jī)輸出的信號接通汽車發(fā)動(dòng)機(jī)打火裝置；或者是切換到酒精檢測超標(biāo)的告警燈，從而切斷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)打火裝置。從單片機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號經(jīng)過一個(gè)三極管放大電路后，連接到繼電器的信號輸入引腳。

圖2 繼電器模塊電路原理圖

（4）電源模塊。機(jī)動(dòng)車的蓄電池電壓主要有 12V 和 24V。作為小型家用車，一般蓄電池電壓為 12V，因此本設(shè)計(jì)采用12V 電源輸入，經(jīng)過一個(gè)起穩(wěn)壓作用的三端穩(wěn)壓集成電路LM7805 電路后，為單片機(jī)最小系統(tǒng)、傳感器模塊及繼電器模塊的提供電源輸出。旁路濾波電容可以減少由于電壓波動(dòng)而帶來的對電路信號和供電的影響，從而提高系統(tǒng)的噪聲容限。

圖3 電源模塊

3 硬件電路原理圖

（1）開發(fā)環(huán)境介紹。在電子電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)用最廣泛的EDA 輔助進(jìn)行印刷電路板設(shè)計(jì)的軟件就是由 Altium 公司設(shè)計(jì)開發(fā)的 Altium?Designer 軟件（前身是 Protel軟件）。它是目前行業(yè)中公認(rèn)的操作簡便快捷，最方便，人機(jī)交互界面最人性化的輔助設(shè)計(jì)工具。并且大學(xué)階段也有學(xué)習(xí)過該軟件的設(shè)計(jì)使用。雖然各種版本的印刷電路板輔助設(shè)計(jì)軟件很多，并且有多個(gè)年代版本，但很多印刷電路板的制板場也都默認(rèn)接受protel 99se 版本文件，可見其在行業(yè)內(nèi)的地位舉足輕重。

Altium Designer 是一款將電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的開發(fā)環(huán)境整合到一起，形成一個(gè)軟件的集成平臺。它可以提供設(shè)計(jì)任務(wù)所需的所有工具，例如原理圖、PCB 設(shè)計(jì)，HDL 設(shè)計(jì)輸入，信號完整性分析，基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)等等。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到了 Altium Designer 軟件的原理圖設(shè)計(jì)模塊功能。

（2）硬件原理圖設(shè)計(jì)。打開 Altium Designer 軟件，創(chuàng)建工程文件并在其目錄下新建一個(gè)原理圖文件。設(shè)置文件屬性參數(shù)，例如光柵格等參數(shù)。在元器件庫中選擇所需要的元器件，放置在工作區(qū)內(nèi)。根據(jù)以上內(nèi)容，調(diào)整元器件位置擺放，并修改元器件參數(shù)，進(jìn)行連線并自動(dòng)命名。對電路進(jìn)行電氣規(guī)則檢查。系統(tǒng)的硬件電路原理如圖4 所示：

圖4 系統(tǒng)電路原理圖

4 軟件程序

本系統(tǒng)上電后自動(dòng)運(yùn)行，完成系統(tǒng)的初始化后，主程序運(yùn)行，系統(tǒng)自動(dòng)檢測傳感器狀態(tài)。當(dāng)酒精含量檢測超標(biāo)時(shí)自動(dòng)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)打火裝置；否則可以正常啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。其軟件流程如圖5 所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

5 電路仿真

使用 Keil μVision4 編寫程序代碼并且編譯通過后，就可以對硬件實(shí)物或者軟件仿真進(jìn)行測試。在本論文將使用Proteus 軟件對電路原理圖以及軟件程序進(jìn)行電路仿真。Proteus 是由一家英國公司，Lab center Electronics 開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。它不僅有電路仿真的功能，還可以設(shè)計(jì) PCB從而加工印刷電路板，以及虛擬模型仿真三個(gè)功能。目前可以對 8051 系列單片機(jī)、PIC、MSP430、AVR、ARM 以及 DSP 系列芯片進(jìn)行仿真。

6 結(jié)語

文章設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的防酒駕系統(tǒng)。它采用MQ-3 型氣體傳感器作為檢測呼氣中酒精含量的傳感器，AT89S52 作為控制芯片，對傳感器的檢測結(jié)果輸入到單片機(jī)內(nèi)。當(dāng)檢測呼氣中酒精含量超標(biāo)時(shí)，繼電器切斷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)打火裝置并報(bào)警。系統(tǒng)具有移植性好、操作簡單、響應(yīng)速度快、成本低等特點(diǎn)，適合經(jīng)濟(jì)型家用小型車輛使用?？梢詮募夹g(shù)角度進(jìn)一步杜絕酒駕的產(chǎn)生。系統(tǒng)通過電路設(shè)計(jì)、軟件編程并在Proteus 軟件的 ISIS 模塊中進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能完善、可靠。

［1］王宇峰.國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)研究現(xiàn)狀簡介［J］.硅谷，2008，（12）.

［2］鄭艷芳.基于道路及環(huán)境因素的城市交通安全分析研究［D］.福建：福州大學(xué)，2005.

［3］李群芳，張士軍.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

Design of Drunk Driving Prevention System Based on Single Chip

SI Li-yu，ZHENG YA O-quan
（Dezhou College，Dezhou，Shandong 253023，China）

This paper uses AT89S52 as the central processing unit of the system，which is used to receive the input signal of the gas sensor，and control the relay action.The MQ-3 type gas sensor is selected as the sensor for detecting the alcohol content in the exhaled breath，and the detection result is input into the single chip microcomputer.One end of Two output control relay is connected to drunk driving warning lamp，another end is connected to the ignition device of engine.When the exhaled air is normal，relay is connected to the engine ignition device，the car can start；when the exhaled air contains more alcohol than the standard，the relay is connected with the drunk driving warning lights and the vehicle can't start.The paper designs schematic circuit diagram and software programming，and finally it proves that the design is reasonable and the function is complete through the circuit simulation of ISIS module by Proteus software.

drunk driving prevention；air sensor；circuit design；Proteus simulation

U463.6

A

2095-980X（2016）12-0032-02

2016- 10-24

司立宇（1996-），主要研究方向：汽車服務(wù)工程。