电气专业外文翻译--基于单片机的智能车载酒精检测及控制系统设计

河北科技师范学院 2013 届本科毕业设计 1 2012年第二届国际会议关于未来的计算机教育 信息技术课堂讲稿 沃尔斯23 24 基于单片机的智能车载酒精检测及控制系统设计 信息工程学院 南昌航空大学 江西 南昌 中国 摘 要 本文介绍了一种基于单片机低功耗酒精检测控制器 该控制器采用酒精传感器 压力传感器 语音报警 电子锁等与汽车组成车载酒精检测及安全控制系统 该系统 可以分为两部分 一个为可手持的检测部分 另一个为控制部分 安装在车内 从而 实现智能车载酒精检测及安全控制 由于该系统具有高灵敏度和低功耗的功能 因此 具有较高的实用价值 关键词 酒精探测器 压力传感器 语音报警 车载 1 引言 近年来 酒后驾车造成的交通事故时常发生 给驾驶员自身和他人造成了巨大的 损失 因此 对酒后驾车的检测和管理成为必不可少的环节 但利用普通的监测和管 理成为必不可少的环节 但利用普通的监测方式 主要是驾驶员的自觉和交警的抽查 一方面 花了很大的精力但是效率极低 另一方面 酒后驾车引起的交通事故仍居高 不下 尽管国家在去年 5 月实施了行的酒后驾车的处罚条例 但是酒驾事故仍时有发 生 为此 笔者研究了具有智能化酒精检测及语音报警的电路系统 有效地实现了简 单电路 简单地说 就是当驾驶员呼出气体中的酒精浓度达到设定的酒精浓度 就会 语音提示 并强制切断汽车电源总线 令其无法启动汽车 此设计在综合社会现象和 前人设计的基础上 经过与同学 指导老师的仔细商讨 在原有设计的基础上注入我 们的设计思想 融合我们的设计方法 基本上能实现令我们满意的硬件电路 这样最 大限度地限制和减少酒后驾车的现象 尽可能降低交警的工作量 同时提高交警的工 作效率 2 系统结构及总体方案设计 该控制系统主要以单片机为核心 配以检测电路 控制电路 显示电路 语音电 路组成 并采用强制驾驶员呼气的方法 以判断驾驶员是否饮酒 具体工作流程为 首先压力传感器进行压力检测 若驾驶员就坐 压力传感器检测到信号 启动系统并 河北科技师范学院 2013 届本科毕业设计 2 激活语音模块 通过语音提示进行酒精检测 此时驾驶员可进行酒精检测 为防止驾 驶员逃避检测 设置一个话筒 当呼气确认后 酒精传感器开始作为呼气判断装置 对探测的气体进行检测 并把检测到的信号进行放大和滤波 滤波之后的信号送入 A D 转换器进行数字转换 由单片机对此数字信号进行处理判断 并把处理的酒精数据送 至 LCD1602 进行酒精浓度显示 同时把处理判断后的信号通过发射模块发送至接收控 制继电器不起作用 语音模块 若酒精含量正常 提示汽车可以启动 反之 超标指 示灯亮起 控制继电器起作用 汽车制动 语音提示汽车不可以启动 使汽车无法行 驶 若驾驶员无视进行酒精检测的提醒 强制进行点火启动 则汽车立即处于制动状 态 汽车无法启动 从而实现控制酒后驾车的功能 总体方案设计如图一所示 图一 总原理图 3 硬件设计 根据系统结构及总体方案的设计 可以把硬件电路的设计分为手持模块和车载安 全控制模块 具体设计如下 3 1 手持模块电路设计 3 1 1 酒精检测模块 本模块采用 TGS2620 气敏酒精传感器并配以滤波电路 放大电路以及 A D 数字转 换电路 该传感器 由集成的加热器以及在氧化铝基板上形成的金属氧化物半导体构成 当可检知的气体存在时 空气中该气体的浓度越高 传感器的电导率就越高 使用简 单的电路就可以将这种电导率的变化变换为与气体浓度对应的输出信号 同时具有寿 命长 功耗低 灵敏度高及后期电路简单等优点 一旦检测到酒精 其输出与浓度对 应的电压信号 此信号经过滤波 放大后送至 12 位 A D 转换芯片 TLC22543CN 进行数 语音提示汽车供电喇叭制动装置 提示灯 接收模块 LCD 显示 大灯 语音报警 发射模块酒精检测 压力检测 河北科技师范学院 2013 届本科毕业设计 3 字化转换 并把数字量送到单片机进行计算并阀值判断 检测驾驶员呼出气体中酒精 含量是否超标 3 1 2 呼气判断模块 此模块采用送话器咪头 9767 用来判断驾驶员是否呼气 当驾驶员呼气时 送话 器咪头产生一个脉冲信号送至单片机 单片机判断几十元呼气 再检测酒精探头送来 的信号 若驾驶员不呼气 则送话器咪头不产生脉冲信号 此时不检测酒精探头送来 的信号 3 1 3 单片机模块 选用 51 系列的 89C51 单片机作为处理器 用来接收呼气判断信号并接收气体中的 酒精含量数据 同时送至 LCD 进行显示 并生成相应的信息码发送给发射设备 89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压 高性能 CMOS8 位微处理器 3 1 4 发射模块 采用 PT2262 芯片 该芯片为编码芯片 其第 17 脚输出经调制的串行数据信号 当 17 脚为高电平期间 315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号 当 17 脚为低 电平期间 315MHz 的高频发射电路停止振荡 所以高频发射电路完全受控于 PT2262 的 17 脚输出的数字信号 从而对高频电路完成幅度键控 ZSK 调制 相当于调制度为 100 的 调幅 当检测到酒精含量超标时 发射超标码 反之 发射不超标码 3 1 5 液晶显示模块 本模块采用 LCD1602 进行酒精含量的显示 1602 字符型液晶是一种专门用来显示 字母 数字 符号等的点阵型液晶模块 它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成 每个点阵字符位都可以显示一个字符 每行 16 个字符型液晶 3 2 车载安全控制模块 3 2 1 接收设备模块 采用 PT2272 芯片 该芯片是一款用以解码的芯片 编码芯片 PT2262 发出的编码 信号由地址码 数据码 同步码组成一个完整的码字 解码芯片 PT2272 接收到信号后 其地址码经过两次比较核对后 VT 脚才输出高电平 与此同时 相应的数据脚也输出 高电平 该模块用来接收发射模块的信号 3 2 2 单片机 采用 89C51 与发射的单片机一样 收到接收设备送来的码 根据不同码进行不同 的操作 其控制工作指示灯 继电器和语音模块 3 2 3 继电器控制模块 河北科技师范学院 2013 届本科毕业设计 4 继电器受 51 单片机的控制 相当于开关 控制制动装置开闭 车灯的亮灭和喇叭 的响与不响 3 2 4 语音模块 采用 ISD4004 芯片 该芯片采用 CMOS 技术 内含振荡器 防混淆滤波器 平滑滤 波器 音频放大器 自动静躁及高密度多电平闪烁存贮陈列 芯片设计是基于所有操 作命令可通过串行通信接口送入 芯片采用多电平直接模拟量存储技术 每个采样值 直接存贮在片内闪烁存贮器中 因此能够非常真实 自然地再现语音 音乐 音调和 效果声 避免了一般固体录音电路音量化和压缩造成的量化噪声和 金属声 采样频 率可选 4 0 5 3 6 4 8 0kHz 频率越低 录放时间越长 而音质则有所下降 片内 信息存于闪烁存贮器中 可在断电情况下保存 100 典型值 反复录音 10 万次 采用 ISD4004 语音芯片作为语音模块核心部分 当压力传感模块感应有人时 发出酒精检测 提示音 当酒精含量超标时 发出禁止行车警告音 当酒精含量未超标时 发出允许 行车提示音 4 软件设计 软件部分根据总体方案设计 可划分为手持模块和车载安全控制模块两个部分 各模块均采用模块化编程 手持模块部分主程序流程图如图二所示 实现吹气判断 酒精检测并判断是否超 标 LCD 酒精浓度显示 生成信息码及把信息码发送给车载安全控制模块部分的功能 河北科技师范学院 2013 届本科毕业设计 5 YN NY 开始 红灯亮发射器工作 酒精探 头加热绿灯亮表示可以吹气 启动外部中断 0 启动计时器 T0 停止计时器 TR0 0 酒精传感器停止加热 指示灯灭 延时 送 LCD 显示 加热时间到否 产生外部中断否 呼气标志为 1 否 结束 发送超标信 息码 发送不超标 信息码 河北科技师范学院 2013 届本科毕业设计 6 图二 手持模块部分主程序流程图 N Y N Y 启动串门接收 生成信息码 大灯 喇叭响 3 秒 并进行语音提 示 接收 8 个信息码 执行不超标控制语音提示 启动查询功能 初始化操作 外部指示明亮 查询汽车是否点火 压力传感器模块感 应有压力否 信息码与超标码相等否 火 信息码检验位正确否 开始 执行超标控 制语音提示 河北科技师范学院 2013 届本科毕业设计 7 图三 车载安全控制模块部分流程图 图三为车载安全控制模块部分的主程序流程图 其功能为实现接收信息 当接收 的信息码与超标码相同时 执行超标操作 即语音模块发出 请勿驾车 的警告且控 制继电器打开制动装置 反之 与不超标码进行比较判断 若相同 则执行不超标操 作 即语音模块发出 可以驾驶 的温馨提醒且控制继电器不起作用 若相同 则返 回重新接收信息 5 结束语 本文介绍了车载酒精检测的新思路 讨论了新型酒精检测及其控制系统的设计与 实现 鉴于设计者的能力和水平及电子产品的开发不断进行 针对此系统的优化和扩 展还有比较复杂的问题需要进一步的探讨和研究 参考文献 1 华成英 信号运算符和过滤器 模拟电子技术基本教程 2006 257 268 2 曾兴雯 刘乃安 陈健 频率调制和解调 高频电路原理与分析 2006 232 267 3 邱关源 罗先觉 对含理想运放的扩音器的分析 电路 2009 120 123 4 张先庭 向瑛 王忠