單片機典型案例開發(fā)(三)
一、基于單片機的多功能防醉駕系統(tǒng)裝置設(shè)計
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/171407.htm基于ATmega16超低功耗單片機的2J2001A型數(shù)碼酒精探測控制儀,探測傳感器安裝在汽車內(nèi),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(dāng)駕駛?cè)藛T進(jìn)入駕駛座位后,可以自動對酒精濃度進(jìn)行探測,當(dāng)系統(tǒng)通過對5個酒精測試儀的數(shù)據(jù)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(yīng)的措施,以確保行車和駕駛員的安全。系統(tǒng)可以根據(jù)檢測到的酒精含量是否超標(biāo)控制汽車點火器打開或者關(guān)閉,如果超標(biāo),則駕駛?cè)藛T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(yīng)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(dǎo)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?cè)藛T逃避檢測,以判斷駕駛員是否是酒后開車,系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。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(dāng)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(jìn)行檢測。由于酒精含量與酒精傳感器檢測后產(chǎn)生的電壓信號成特定的比例關(guān)系,因而可根據(jù)電壓信號進(jìn)行酒精含量的判斷。檢測到的信號經(jīng)過放大和濾波之后,通過單片機內(nèi)置的12位ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,由單片機對此信號進(jìn)行處理判斷,假設(shè)酒精含量沒有超標(biāo),LCD顯示屏幕顯示當(dāng)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(jìn)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(dǎo)航儀測定當(dāng)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?cè)藛T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(jìn)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?cè)藛T駕駛過程中飲酒,控制儀立即恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。
2 系統(tǒng)主要電路設(shè)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(jìn)的RISC結(jié)構(gòu),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(fù)位電路等。
?。?)酒精檢測電路
酒精傳感器采用旁熱型半導(dǎo)體式酒精氣敏元件MQ3,探測范圍為10~1000ppm。酒精檢測電路由高精度酒精傳感器、信號調(diào)理放大電路、濾波電路和單片機內(nèi)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(biāo),如圖3所示。
?。?)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(dá)到理想的靈敏度,加熱時間到,綠燈亮,表示可以進(jìn)行濃度探測;黃燈為報警指示燈,黃燈不亮,表示可以行車;當(dāng)黃燈亮?xí)r,表示酒精濃度超標(biāo),不可以駕駛,同時黃燈閃爍的頻率越高,酒精濃度越高。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(nèi)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。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ATmega16的異步串行通信端USART為外部數(shù)據(jù)或控制指令的輸入斷口,如圖5所示。
(5)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)置電路
本設(shè)計在系統(tǒng)終端采用了GPS導(dǎo)航系統(tǒng)模塊作為開發(fā)平臺,當(dāng)酒精檢測系統(tǒng)發(fā)出醉酒超標(biāo)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。在平時無醉酒(飲酒)情況下,該模塊就充當(dāng)GPS實時導(dǎo)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。
?。?)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(biāo)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,如:“我現(xiàn)在在XX方位,我喝醉了,請速來”。其電路如圖7所示。
(8)報警和鍵盤電路
利用蜂鳴器作為報警器,當(dāng)酒精含量超標(biāo)時,發(fā)出禁止行車警告音;不超標(biāo)時發(fā)出允許行車提示音。由單片機的I/O口驅(qū)動蜂鳴器來實現(xiàn)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
軟件部分根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)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(biāo)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(jìn)行加熱,自動進(jìn)入測量狀態(tài),然后采集酒精含量電壓信號,與設(shè)定的精度濃度進(jìn)行比較,如果高于這個濃度,則顯示該濃度,并進(jìn)行聲光報警,同時切斷點火電路,駕駛?cè)藛T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(yù)留的JTAG接口調(diào)試程序,依據(jù)檢測系統(tǒng)不同功能的需要,采用模塊化的設(shè)計,將程序分成幾個主要的功能模塊:氣體檢測、工作電壓設(shè)置、采樣數(shù)據(jù)上傳。
4 結(jié)語
酒精監(jiān)控系統(tǒng)是為預(yù)防或杜絕醉酒駕車引發(fā)交通事故發(fā)生而設(shè)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(shè)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(yù)防酒后駕車具有很好的效果,在實際應(yīng)用中具有很好的推廣價值。
二、智能電飯煲中單片機的應(yīng)用
1 引言
微電腦或電腦控制的智能電飯煲符合現(xiàn)代人的要求,人性化的界面設(shè)計,使得人們一眼看出當(dāng)前工作狀態(tài),讓您更安心,各種烹調(diào)過程全部由電腦自動控制,并且大多的智能電飯煲采用太空“黑晶”內(nèi)膽,超硬耐磨,恒久美觀,所有的這些特點符合現(xiàn)代人的省時、省力、耐用的觀念。
本文主要介紹利用SPMC65P2404A芯片來對電飯煲的過程進(jìn)行控制,SPMC65P2404A是凌陽公司的8位元單片機,最高工作頻率為8MHz,工作電壓2.5V~5V,有192字節(jié)的RAM和4K字節(jié)的OTP ROM,有23個可編程IO口,8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器,2通道8位定時/計數(shù)器,2通道16位定時/計數(shù)器,1個12位PWM輸出口,有低電壓、上電、看門狗、外部信號、錯誤地址復(fù)位,并且有一個蜂鳴器輸出口。
2 總體方案介紹
利用凌陽8位MCU設(shè)計的智能電飯煲控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示,通過按鍵來選擇功能模式、顯示電路完成顯示當(dāng)前狀態(tài)和定時時間;通過溫度傳感器來對溫度進(jìn)行采樣;通過MCU的控制最終實現(xiàn)對繼電器的控制,從而來控制對加熱盤的加熱與否,電源部分完成對單片機系統(tǒng)和外圍電路提供5V電源,并且對加熱盤進(jìn)行加熱。
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