基于MSP430的車(chē)載防醉駕安全系統設計

自2011年5月1日起，刑法修正案(八)和修改后的《道路交通安全法》正式實(shí)施，醉酒駕車(chē)將被追究刑事責任。隨著(zhù)醉駕被以危險駕駛罪判處拘役的真正實(shí)施，媒體和社會(huì )各界對醉駕入刑問(wèn)題更為關(guān)注。各個(gè)國家對有關(guān)酒精測試的儀器種類(lèi)繁多，但因沒(méi)有安裝在汽車(chē)內部，而只能由交警手持儀器定點(diǎn)一對一地抽查，使得醉駕檢查實(shí)施的范圍狹窄，無(wú)法主動(dòng)消除這一危險駕車(chē)行為，也就不能完全杜絕醉駕所引發(fā)的交通事故。

因此希望設計一款車(chē)載防醉駕安全系統，此車(chē)載防醉駕控制系統的設計分為兩部分，其中酒精濃度檢測判斷部分安裝在汽車(chē)方向盤(pán)附近，以便駕車(chē)人呼氣檢測;第二部分是酒精濃度超標控制點(diǎn)火部分，這部分電路與汽車(chē)點(diǎn)火器相連，控制點(diǎn)火和報警電路。這樣就可以實(shí)現全范圍的主動(dòng)禁止醉駕。

1 系統設計方案

本設計的工作原理是當司機發(fā)動(dòng)汽車(chē)時(shí)，指示燈亮提示用戶(hù)裝置啟動(dòng)，提示司機必須首先對酒精傳感器呼氣，該氣體經(jīng)傳感器、檢波放大和AD轉換等處理后，輸入到主控

芯片中進(jìn)行判斷，如果超過(guò)閾值電壓，則蜂鳴器發(fā)聲則無(wú)法啟動(dòng)步進(jìn)電機，也就意味汽車(chē)發(fā)動(dòng)機無(wú)法點(diǎn)火，此時(shí)語(yǔ)音報警電路會(huì )啟動(dòng)報警。反之，如果測試酒精含量沒(méi)有超標，則顯示器提示酒精濃度正常，汽車(chē)可正常打火啟動(dòng)。如圖1所示為該系統的總體原理框圖。

2 硬件電路的設計

系統的核心控制模塊是美國TI公司的MSP430F149，該芯片的亮點(diǎn)在于低功耗，片上外圍模塊豐富，系統工作穩定，符合現代環(huán)保的理念;特別是該芯片自帶10位和12位ADC轉換，使用方便，完全滿(mǎn)足現實(shí)生活中駕車(chē)的實(shí)際要求。

1)酒精濃度采集

酒精濃度采集輸入端選用酒精濃度傳感器MQK2器件。它采用燒結半導體形成的敏感燒結體，該制作工藝保證了其長(cháng)期工作的穩定性;對乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性，信噪比高且功耗低;這些特點(diǎn)都符合司機自測醉駕操作需求。

MQK2主要由氣敏器件和電阻絲組成，VH接5 V加熱電壓，能將電阻絲加熱到270～300℃;Vc接工作電壓(范圍5—24 V);本系統外接電壓取+5 V，取樣電阻RL=2 kΩ，這樣經(jīng)圖2電路就可將MQK2傳感器的阻值變化轉化成輸出電壓的變化，從而可以通過(guò)MSP430F149內部的A/D器轉換成數字量供單片機處理。

考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉換為電量，傳感器輸出的是0～3.3 V的電壓且壓值穩定，因酒精傳感器輸出的電壓范圍為3～5 V，所以不能直接將酒精傳感器輸出值直接給單片機。由文獻可見(jiàn)酒精含量與酒精傳感器檢測后產(chǎn)生的電壓信號成線(xiàn)性比例關(guān)系，故可選擇用一個(gè)通用的比例電路轉化到單片機電壓范圍。此設計電路中用滑動(dòng)變阻器代替酒精傳感器，就可直接把傳感器輸入的模擬量用滑動(dòng)變阻器電壓輸入的變化送人單片機，由此得到的酒精濃度和電壓的一一對應關(guān)系。

2)電機驅動(dòng)和報警模塊

當酒精含量超標時(shí)，用蜂鳴器和一個(gè)8550三極管來(lái)驅動(dòng)提示司機酒駕。指示燈是一個(gè)發(fā)光二極管接至單片機，加1～2 kΩ電阻限流。當酒駕時(shí)單片機的輸出口P6.7置1，同時(shí)8550三極管放大單片機的電流來(lái)驅動(dòng)蜂鳴器。而當正常使用時(shí)用輸出口p5.0置1，再加一個(gè)限流電阻，防止電流過(guò)高而燒壞二極管。

這里用步進(jìn)電機代替現實(shí)中汽車(chē)的點(diǎn)火，步進(jìn)電機轉動(dòng)就意味汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)，反之則汽車(chē)不能啟動(dòng)。因單片機輸出電流無(wú)法驅動(dòng)電機，所以需要用驅動(dòng)模塊來(lái)驅動(dòng)電機?；诶碚摲治龊蛯?shí)際情況擬定選擇步進(jìn)電機和LN298作為硬件電路。

綜上所述，系統用LCD12864顯示模塊提供人機交互的界面，ADC轉換模塊進(jìn)行模數信號轉換;數據處理模塊用于在12864屏上顯示檢測信息，并和輸入的模擬量對應;電機驅動(dòng)和報警模塊負責當輸入的模擬量過(guò)高時(shí)，報警提示用戶(hù)，并顯示酒精含量的相關(guān)信息;或輸入模擬量沒(méi)標時(shí)提示用戶(hù)可正常打火總體。

3)主要元器件

綜上對硬件的描述，本設計中所用的主要元器件及其參數如表1所示。

3 軟件設計

系統主程序流程圖及編譯成功截如圖3和4所示。系統上電后要對各模塊進(jìn)行初始化設置，判斷是否發(fā)出聲音和光報警，同時(shí)將計算所得酒精濃度值送LCD12864顯示。

4 實(shí)物調試電路

如圖5整個(gè)電路由兩部分電路組成：MSP430F149系統板上的硬件資源(LCD12864顯示屏、蜂鳴器、發(fā)光二極管等)和一塊電機的驅動(dòng)模塊電路(LN298的驅動(dòng)模塊和直流電機)。

當單片機上電時(shí)，12864顯示屏顯示歡迎(如圖6左圖)，當酒精含量高于設定值時(shí)，圖6中顯示醉駕信息，同時(shí)電機就被禁止也就意味著(zhù)發(fā)電機的點(diǎn)火裝置被靜止。若判斷酒精含量正常則提示可以安全駕駛車(chē)(如圖6右圖)。

5 結束語(yǔ)

該系統對車(chē)載防醉駕安全控制系統進(jìn)行了的軟硬件電路設計，并對基于32位低功耗主控芯片MSP430為核心芯片的試驗性電路進(jìn)行了軟硬件聯(lián)合調試，證明了設計電路的可行性和正確性。該硬件電路簡(jiǎn)單且成本低廉，軟件設計模塊化便于調試，具有一定的擴展和應用價(jià)值。但車(chē)載醉酒禁駕系統與人的主觀(guān)能動(dòng)性關(guān)系密切，如何智能識別酒精傳感器接收到的氣體是否為將要駕車(chē)本人所呼出，這方面還需做進(jìn)一步研究。