單片機酒精含量探測器設計

引言

目前幾乎所有國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛人員進(jìn)行現場(chǎng)檢測，以確定被測量駕駛員是否飲酒。本文提出了一種酒精探測及安全控制系統，該系統安裝在汽車(chē)上，不用交警和其他人員就能判斷司機是否酒后駕車(chē)，以確保了司機的安全，又減少了交警等人員的工作量。同時(shí)根據檢測到酒精含量是否超標進(jìn)行自主判斷，能夠控制汽車(chē)點(diǎn)火器開(kāi)關(guān)，使飲酒駕駛員無(wú)法啟動(dòng)汽車(chē)。

1 總體方案設計

系統采用駕駛員主動(dòng)呼氣方法，以判斷駕駛員是否是酒后開(kāi)車(chē)，總體方案設計如圖1 所示。該系統可放置在汽車(chē)儀表盤(pán)位置，當司機發(fā)動(dòng)汽車(chē)時(shí)，報警裝置將會(huì )響起，提醒駕駛員使用酒精探測及安全控制系統，此時(shí)發(fā)動(dòng)機處于被鎖狀態(tài)，汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)。酒精傳感器加熱后，系統指示模塊綠燈亮起，提示駕駛員呼氣。為防止駕駛員逃避檢測，設置一個(gè)話(huà)筒作為呼氣判斷裝置。當呼氣確認后，單片機發(fā)送觸發(fā)信號，開(kāi)始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)生的電壓信號成比例關(guān)系，因而可根據電壓信號進(jìn)行酒精含量的判斷。檢測信號經(jīng)過(guò)放大、檢波電路，進(jìn)行信號放大和濾波之后，通過(guò)A/ D 轉換電路轉換為數字信號，由單片機對此信號進(jìn)行處理判斷，假設酒精含量沒(méi)有超標，指示燈亮起，控制繼電器不起作用，汽車(chē)可以啟動(dòng);反之，超標指示燈亮起，報警裝置同時(shí)響起，說(shuō)明不能行駛，若司機強行啟動(dòng)，控制繼電器切斷點(diǎn)火裝置電源，使汽車(chē)無(wú)法行駛，從而實(shí)現控制酒后駕車(chē)的功能。

2 硬件設計

硬件設計采用發(fā)射部分和接收部分獨立結構，使得檢測和控制系統分離。

2.1 發(fā)射部分

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

2.1.1 酒精含量檢測模塊

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

2.1.2 呼氣判斷模塊

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

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，當黃燈不亮，表示呼氣不充分，直到黃燈亮，單片機才開(kāi)始檢測酒精探頭送來(lái)的信號。

2.1.4 單片機

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

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直連，將處理器給出的信息碼調制后無(wú)線(xiàn)發(fā)送給接收部分。

2.2 接收部分

接收部分安裝于汽車(chē)上，主要是對收到的信號碼進(jìn)行判斷，做出相應操作。收到錯誤碼，返回繼續檢測;收到超標碼，報警音提示，點(diǎn)火裝置斷開(kāi)，汽車(chē)大燈亮，喇叭響;收到不超標碼，發(fā)出可行駛提示音，點(diǎn)火裝置打開(kāi)。結構框圖如圖3 所示，可分為如下幾個(gè)模塊：

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