單片機(jī)酒精含量探測(cè)器設(shè)計(jì)

引言

目前幾乎所有國(guó)家都采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以確定被測(cè)量駕駛員是否飲酒。本文提出了一種酒精探測(cè)及安全控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在汽車上，不用交警和其他人員就能判斷司機(jī)是否酒后駕車，以確保了司機(jī)的安全，又減少了交警等人員的工作量。同時(shí)根據(jù)檢測(cè)到酒精含量是否超標(biāo)進(jìn)行自主判斷，能夠控制汽車點(diǎn)火器開(kāi)關(guān)，使飲酒駕駛員無(wú)法啟動(dòng)汽車。

1 總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用駕駛員主動(dòng)呼氣方法，以判斷駕駛員是否是酒后開(kāi)車，總體方案設(shè)計(jì)如圖1 所示。該系統(tǒng)可放置在汽車儀表盤位置，當(dāng)司機(jī)發(fā)動(dòng)汽車時(shí)，報(bào)警裝置將會(huì)響起，提醒駕駛員使用酒精探測(cè)及安全控制系統(tǒng)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于被鎖狀態(tài)，汽車無(wú)法啟動(dòng)。酒精傳感器加熱后，系統(tǒng)指示模塊綠燈亮起，提示駕駛員呼氣。為防止駕駛員逃避檢測(cè)，設(shè)置一個(gè)話筒作為呼氣判斷裝置。當(dāng)呼氣確認(rèn)后，單片機(jī)發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，開(kāi)始對(duì)酒精傳感器探測(cè)的氣體信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。由于酒精含量與酒精傳感器檢測(cè)后產(chǎn)生的電壓信號(hào)成比例關(guān)系，因而可根據(jù)電壓信號(hào)進(jìn)行酒精含量的判斷。檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、檢波電路，進(jìn)行信號(hào)放大和濾波之后，通過(guò)A/ D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理判斷，假設(shè)酒精含量沒(méi)有超標(biāo)，指示燈亮起，控制繼電器不起作用，汽車可以啟動(dòng);反之，超標(biāo)指示燈亮起，報(bào)警裝置同時(shí)響起，說(shuō)明不能行駛，若司機(jī)強(qiáng)行啟動(dòng)，控制繼電器切斷點(diǎn)火裝置電源，使汽車無(wú)法行駛，從而實(shí)現(xiàn)控制酒后駕車的功能。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)采用發(fā)射部分和接收部分獨(dú)立結(jié)構(gòu)，使得檢測(cè)和控制系統(tǒng)分離。

2.1 發(fā)射部分

發(fā)射部分采取電池供電，以89C2051 單片機(jī)作為控制核心，配以QM- J3 氣敏酒精傳感器、呼氣話筒、8 位A/ D 轉(zhuǎn)換器AD0809 以及發(fā)射模塊F04E 組成。主要功能是檢測(cè)酒精含量，判斷其是否超標(biāo)，向接收部分發(fā)送信號(hào)。原理框圖如圖2 所示，該部分由以下模塊組成：

2.1.1 酒精含量檢測(cè)模塊

該模塊包含酒精傳感器、檢波、放大電路以及A/ D 轉(zhuǎn)換電路。酒精探頭選用QM- J3 氣敏傳感器，該元件是以復(fù)合金屬氧化物為主體材料的N 型半導(dǎo)體。呼氣時(shí)，一旦該元件接觸乙醇蒸汽，其電導(dǎo)率隨氣體濃度增加而迅速升高，使得產(chǎn)生的電壓信號(hào)也隨之增大。將電壓信號(hào)經(jīng)檢波、放大電路以及A/ D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，送到單片機(jī)進(jìn)行閥值判斷，檢測(cè)駕駛員呼出氣體中酒精含量是否超標(biāo)。

2.1.2 呼氣判斷模塊

為防止駕駛員不呼氣而導(dǎo)致酒精探傳感器無(wú)法正確檢測(cè)到駕駛員體內(nèi)真實(shí)的酒精含量而做出錯(cuò)誤判斷，設(shè)置該模塊用以判斷駕駛員是否呼氣。使用話筒呼氣時(shí)，話筒必產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，單片機(jī)判斷駕駛員呼氣，再檢測(cè)酒精探頭送來(lái)的信號(hào)。

2.1.3 指示模塊

該模塊有紅綠黃三個(gè)指示燈。紅燈是電源指示燈，工作時(shí)亮;綠燈是呼氣提示燈，酒精探頭需要一定時(shí)間加熱，才能達(dá)到理想的靈敏度。

加熱時(shí)間到，綠燈亮，表示可以呼氣;黃燈表示呼氣有效，當(dāng)黃燈不亮，表示呼氣不充分，直到黃燈亮，單片機(jī)才開(kāi)始檢測(cè)酒精探頭送來(lái)的信號(hào)。

2.1.4 單片機(jī)

選用51 系列的89C2051 單片機(jī)作為處理器，用來(lái)檢測(cè)呼氣判斷信號(hào)并判斷氣體中的酒精含量，并生成相應(yīng)的信息碼發(fā)送給發(fā)射設(shè)備。

2.1.5 發(fā)射模塊

采用成熟的F04E 發(fā)射模塊，該模塊可以與單片機(jī)直連，將處理器給出的信息碼調(diào)制后無(wú)線發(fā)送給接收部分。

2.2 接收部分

接收部分安裝于汽車上，主要是對(duì)收到的信號(hào)碼進(jìn)行判斷，做出相應(yīng)操作。收到錯(cuò)誤碼，返回繼續(xù)檢測(cè);收到超標(biāo)碼，報(bào)警音提示，點(diǎn)火裝置斷開(kāi)，汽車大燈亮，喇叭響;收到不超標(biāo)碼，發(fā)出可行駛提示音，點(diǎn)火裝置打開(kāi)。結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示，可分為如下幾個(gè)模塊：

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