基于单片机的防酒后驾驶控制系统设计.pdf

1、 传感器与微系统(Transducer andMicrosystem Technologies)2009年 第28卷 第2期基于单片机的防酒后驾驶控制系统设计陈 丽,朱瑞祥,云 超(西北农林科技大学 机电学院,陕西 杨凌712100)摘 要:针对酒后驾车导致交通事故频繁发生的现象,设计了一种能够防止酒后驾驶的自动控制系统。该系统由酒精传感器、AD574A转换器、89C51单片机控制器、语音报警、LED显示、继电器以及电机等构成。用DP51PROC单片机综合仿真实验仪进行了仿真实验,结果表明:当酒精传感器检测出司机体内酒精浓度超标时,该系统能够自动切断汽车启动系统电源,实现其控制功能。关键词:汽

2、车;酒后驾驶;自动控制系统;单片机中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2009)02-0094-03Design of anti drunk2drivi ng control system based on MCUCHEN Li,ZHU Rui2xiang,YUN Chao(College ofM echan ical and Electron ic Engineering,Northwest A&F Un iversity,Yangling 712100,China)Abstract:Ai med at the increasing accidents ca

3、used by drunk driving,a anti drunk2driving control system isdesigned.The designed systemis constructed with alcohol sensor,the AD574A converter,the 89C51MCUcontroller,speech warning system,LCD,relay and the motor,etc.The whole system is simulated using theDP51PROC integrated simulation board,and the

4、 result indicateswhen the alcohol testing result exceeds the safelimit,power supply of the starting system will be cut to stop the car from start2up.Key words:automobile;drunk driving;automatic control system;MCU0 引 言随着汽车工业的发展,汽车肇事愈来愈受到世界各国的重视。在世界各国交通事故的法医学调查中,酒后驾驶是导致交通事故发生的重要原因1,2。虽然各国对酒后驾车执行了严格 的规

5、定3,但酒后驾车仍具有一定的普遍性,针对这种现象,本文设计一种基于MCS51单片机的控制系统,通过高灵敏度的呼气式酒精传感器检测司机的酒精摄入量,当司机体内酒精浓度超标时,控制系统会自动切断汽车启动系统,使汽车无法正常启动。从而更好地保障交通秩序和人们的出行安全,构建和谐的交通环境。1 系统设计原理控制系统主要由呼气式酒精传感器、转换器、单片机控制器、继电器、电机等组成。本系统的工作原理:通过酒精传感器检测驾驶员呼出气体酒精浓度,然后,传感器的输出电压信号经过A/D转换后输入到单片机中,经过单片机的逻辑判断处理,根据驾驶员体内酒精浓度和标定值比较来控制继电器的动作,进而控制汽车启动电机的工作。

6、整个系统可以通过自动检测驾驶员体内的酒精浓度来防止驾驶员酒后驾驶。收稿日期:2008-08-132 硬件系统设计2.1 硬件系统组成4 该自动控制系统的硬件主要由酒精传感器、AD574A转换器、89C51单片机控制器、语音报警、LED显示、继电器及电机等构成,如图1所示。图1 硬件系统结构图Fig 1Structure diagram of hardware system2.2 硬件的选择2.2.1 酒精传感器4HS3C型酒精传感器使用电化学型燃料电池,其特点是快速响应、温湿度影响小、功耗低、微型化设计5。该酒精传感器的工作原理是根据人饮酒后,血液里酒精浓度值与呼出气体的酒精浓度有固定的比例关

7、系,关系如下5B=2200Br,(1)49第2期 陈 丽,等:基于单片机的防酒后驾驶控制系统设计 式中 B为血液酒精浓度,mg/L;Br为呼气的酒精浓度,mg/L。本文通过酒精传感器检测到的酒精浓度来控制汽车引擎启动系统的动作,根据人体血液中与呼出气体中的酒精浓度的比值(20002100)判定操作者的醉酒程度,我国对酒后驾驶的判定界限为1030 g/100L(血液中的酒精浓度)6,当检测到血液酒精浓度小于20g/100L,这时可以正常启动发动机,而当其达到20 g/100L以上时,发动机便不能启动。2.2.2A/D转换器A/D转换器采用AD574A,该转换器是美国模拟数字公司(Analog)的

8、单片高速12位逐次比较型A/D转换器。它是一片模拟电路,一片数字电路组成的混合式集成芯片。可以自动校零和自动极性转换,不需要外围缓冲电路,可直接与8位或16位处理器接口,可以在25s内完成一次转换。2.2.3 单片机控制器单片机控制器采用89C51单片机,其内部有4 kB的Flash ROM代码存储器阵列,可实现低电压编程和高电压编程2种模式。89C51单片机是当前最新的一种电擦写的8位单片机,与80C51系列单片机完全兼容7,有较强的保密功能,其片内的闪速存储器的编程和擦除完全用电实现,编程的速度快,可实现在线编程。2.2.4 语音报警语音模块选用ZY1420语音模块,可以通过电平开关控制该

9、语音模块的语音存储分段控制功能。语音模块电路图如图2所示。其中,跳线JP8为电源控制,S M_PL和S M_REC为录放控制,J104为地址选择,J101为麦克风,J94为扬声器。KJ为控制端,其余6个为输入端、输出端。图2 语音模块电路图Fig 2Circuit diagram of linguistic module2.2.5LED显示LED显示采用共阳静态显示,74HC164是8位边沿触发式移位寄存器,串行输入数据,然后,并行输出,高速硅门、C MOS器件与低功耗肖特基型TT L(LSTT L)器件的引脚兼容。2.2.6 执行元件执行元件采用西门子3TH中间继电器,该继电器采用E形铁心,

10、双断点桥式触头系统的直动式运动结构,动作可靠;触头为桥式双断点结构,触头材料由电性能优越的银合金制成,具有使用寿命长和良好的接触可靠性。灭弧室均呈封闭型,并由阻燃性材料阻挡电弧向外喷溅,保证人身与邻近电器的安全;继电器损耗小、噪音小,具有很高的机械强度,该继电器并符合IEC947,VDE0660,GB14048等标准。因此,用在本系统中能够控制电机的启动。继电器与控制电路如图3所示。图3 继电器及其控制电路Fig 3Relay and its control circuit3 软件系统设计主程序主要包括传感器输入、数据采集、数据处理、语音提示、驱动等子程序。其中,单片机控制器主要功能是驱动继电

11、器动作从而控制电机的启动;数据采集程序主要将接收到的数据送到A/D转换器中处理,进而将数字信号输入到单片机中;然后,一部分送去LED显示,另外一部分与设定值进行比较,当其超过标定值时,语音报警器提示驾驶员开车危险,使其提高警惕性,同时控制继电器的动作,使汽车引擎不能启动。基于C语言对MCS51系列单片机的开发相对于PL/M和BASIC语言有较大的优势8,该系统设计采用C语言编程。主程序设计如图4所示。图4 主程序流程图Fig 4Flow chart of main program 首先,对系统进行初始化,数据采集模块对接收到的传感器信号进行处理和逻辑判断,并将酒精浓度用LED显示出来。经过A/

12、D转换后的数字信号和标定值进行比较,若小于标定值,执行继电器的动作,即驱动继电器、启动电机,59 传 感 器 与 微 系 统 第28卷然后,继续对酒精传感器进行数据采集;若大于标定值,不执行继电器动作,继续对传感器信号进行采集,同时,语音报警器提示驾驶员“酒后驾车危险,请注意安全”。4 仿真检验本文选用DP51PROC单片机综合仿真实验仪进行仿真。将应用程序装载到外部SRAM中,将TKS Monitor 51的仿真头插入到DP51PROC单片机综合仿真实验仪的U13锁紧座上,调入程序编入运行,观察继电器的动作。观察结果表明:当程序中的设定值是10 g/100L,即小于标定值20 g/100L,

13、控制端输出为高电平,继电器常开触点吸合,绿色LED灯被点亮,能够实现预期的设计要求。在此过程中,可以由对应的LED的亮灭判断继电器开关动作。实际仿真结果表明:该自动控制系统能够实现设计的智能控制动作。表1为各种情况下的仿真结果,测试环境温度为-5+40,大气压86106 kPa,空气相对湿度20%95%RH。表1 仿真结果Tab 1Si mulation results血液中酒精浓度(g/100L)继电器状态LED灯显示5.00闭合绿灯亮10.00闭合绿灯亮15.00闭合绿灯亮20.00断开红灯亮30.00断开红灯亮50.00断开红灯亮5 结束语本文采用89C51芯片构成的智能控制系统对汽车引

14、擎进行智能化控制,能够在干扰性较小的状态下接收传感器的信号,并进行处理和逻辑判断控制执行器继电器的动作,当检测到驾驶员体内酒精含量超过安全驾驶的标定值时,能够自动切断启动系统电源,使汽车无法启动。基于CAN技术在汽车电子领域应用日益广泛,如果将这种自动控制单元串入到汽车CAN总线系统架构中,可以使汽车安全系统要求数据传输具有较 高的安全性,从而提高驾驶员驾车的安全性9。参考文献:1 张新龙.酒后驾车与交通事故的法医学探讨J.道路交通管理,2007(12):60-61.2 梁集贤,杨 青,荆 莹.驾驶员血液中酒精浓度(BAC)与交通事故相关性研究J.现代交通技术,2007(4):63-65.3

15、刘军民.国外对驾驶员酒后开车的管理对策J.道路交通与安全,2003(3):30-31.4 潘祖军,朱文胜,岳 睿.汽车用酒精传感器的分析J.北京汽车,2007(1):39-41.5 岳 睿.警用呼气式酒精传感器的研究进展J.化学传感器,2006(3):6-9.6 万吉高,张国庆,黄炳醒.燃料电池型酒精传感器的制备J.贵金属,2004(3):36-38.7 何立民,张俊谟.单片机中级教程M.北京:北京航空航天大学出版社,2006.8 张培仁,孙占辉,张村峰.基于C语言编程MCS-51单片机原理及应用M.北京:清华大学出版社,2002.9 王 轶,张 凡.CAN总线技术在智能汽车系统中的应用J.微

16、计算机信息,2005(21):48-50.作者简介:陈 丽(1982-),女,河南安阳人,硕士,研究方向为智能检测与监控。(上接第93页)图5 探测器实验结果Fig 5Experi ment results of detector图6 太阳跟踪器实验结果Fig.6 Experi ment results of sun2tracking参考文献:1 夏小燕.大范围太阳光线跟踪传感器及跟踪方法的研究D.南京:河海大学,2006:487-489.2Marlett Wentzel,Anastassios Pouris.The development impact ofsolar cookers:A r

17、eview of solar cookingimpact research in SouthAfricaJ.Energy Policy,2007,35(3):1909-1919.3 饶 鹏,孙胜利,叶虎勇.二维程控太阳跟踪器控制系统的研究J.控制工程,2004,11(6):532-536.4 赵志刚,毕晓麟.CMOS图像传感器在光电自动跟踪系统中的应用J.科学技术与工程,2006,6(3):312-314.5 赵丽伟.太阳自动追踪系统的研究D.长春:吉林大学,2007:32-36.6 王青直,徐 进.基于PSD传感器的太阳自动追踪系统的研究与实现J.自动化技术与应用,2007,26(10):123-125.作者简介:王志超(1983-),男,安徽阜阳人,硕士研究生,主要从事太阳自动跟踪方面的研究。69