汽车酒驾限制系统的研究与设计

李绿色

（厦门软件职业技术学院电子信息工程系，福建 厦门 361024）

0 引言

目前国内外绝大多数品牌的汽车还没有这一项技术的应用普及，相关的限制酒驾技术少之又少。驾驶员如果是正常驾驶状态下，那么会对于发现前方存在危险情况并做出刹车动作这一系列反应过程大概是0.75s，但如果驾驶员处于酒后驾驶状态下，那么在还能够驾驶的情况下做出一系列反应的时间会增加2-3倍，增加了事故发生的概率。而且通过警力排查，司机要停车接受检查，效率极其低下。本文针对汽车的特点，打造出这款酒驾限制器，利用检测驾驶员体内酒精含量来控制点火系统，真正达到防治酒驾的目的。本研究设计的装置体积小，性能稳定可靠，可移植性强，只要将装置嵌入到方向盘就可以，不用对现有各类汽车进行设计改造。

1 整体设计

本研究采用MQ-3酒精传感器，当设备检测驾驶员体内酒精浓度超标以后，就会形成一定电压值，利用控制单片机系统来让报警器发出报警声音，同时给出一个信号封闭汽车启动系统，从而使汽车无法启动。设立两种工作模式。

图1 系统组成框图

如图1所示，系统组成包括直流稳压电源模块，酒精传感器模块，A/D转换器模块，单片机控制系统模块，报警及点火锁闭电路模块，脉搏探测解锁模块。

技术指标：

（1）探测范围：10～1000ppm酒精；

（2）灵敏度：≥500mV (130ppm);

（3）响应时间：≤5s；

（4）恢复时间：≤10s；

（5）系统供电电压：DC±12V, DC+5V；

（6）工作电流：≤DC120mA。

标准工作条件如表1所示。

表1

2 模块硬件电路设计

2.1 直流稳压源的设计

方案一：由变压器把市电电压转变成为15V电压，利用硅桥完成整流，电容滤波获得±15V电压。再由稳压二极管稳压及电阻分压法输出±12V、+5V直流电压。

方案二：由变压器把市电电压转变成为15V电压，利用硅桥完成整流，电容滤波获得±15V电压。再由三端稳压器LM7812、LM7912、LM7805输出±12V、+5V直流电压。

方案二采用专用集成稳压芯片，得到的直流电源比方案一更加纯净，且电路设计简易，运行稳定。因此采用方案二。

基本工作原理：市电～220V经过变压器降压为±12V，由IN4007构成桥式整流电路进行整流，输出后经过电容滤波后分别进入LM7812第一脚（输入端）和LM7912第三脚（输入端），从LM7812和LM7912第三脚输出，之后再次通过电容滤波获取到稳定直流电压±12V、+5V。

调试方法：

a. 利用Protel 99se设计电源原理图及PCB，制作PCB；

b.用万用表检查元器件的好坏，根据制作好的PCB板将器件焊接上去；

c. 调试电路，测试各个电性参数并记录相关数据。

2.2 酒精检测传感器

使用MQ-3酒精检测传感器。其灵敏度高，还可以抗烟雾、汽油等的干扰，一般情况下相应速度会在10s之内，响应较快；在功耗方面不超过0.75W，且输出信号非常强，工作稳定。

图2 直流稳压电源电路

2.3 AD转换器

方案一：使用ADC0809。其是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。设备里面有一个8通道多路开关，能够依据地址码锁存译码后的信号，来选通8路模拟输入信号的其中一个做A/D转换。转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs(时钟为500kHz时)。

方案二：使用AD574。AD574A是AD574(Analog)推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，其内部有双极性电路形成的一个混合集成转换芯片，在外接元件数量上较少，功耗方面较低且精度方面较高，另外还具备自动极性转换功能以及自动校零作用。转换速率:25μs。

综上所述，方案二AD574具有更快的转换速度及编程便利性，故选择方案二。

AD574工作原理在于其CE、12/8、CS、R/C和A0对工作状态形成一个有效控制的过程。当CE=1、CS=0两个条件都满足的情况下，AD574才可能正常工作。如果AD574正常工作的时候，R/C=0时就会完成A/D转换操作，CE=1时就会完成数据读取操作。A0=0时，启动的是按完整12位数据方式进行；当A0=1时，启动的是按完整8位数据方式进行。

2.4 单片机控制系统

所用处理器为AT89S52 处理器。这种处理器属于功耗较低、性能较高的CMOS8位微控制器，具备8K 在系统可编程Flash存存储器。应用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，会和工业80C51 产品指令以及引脚更具备兼容性。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，这大大增加了其适用性，在常规编码器中同样可以使用。单芯片上所具备的8 位CPU 及在系统可编程Flash，就会让AT89S52帮助嵌入式控制应用系统提供更为灵活、有效的解决方案。

2.5 脉搏检测传感器

按照朗伯比尔(Lamber Beer) 定律,所说，物质在一定波长处，其吸光度会和浓度形成正比。人体组织在接收到恒定波长的广以后，吸收、反射衰减后所测得的光强度会在一定程度上表现出组织结构特征。人体的脉搏主要就是人体动脉伸缩导致的,人体指尖组织动脉成分含量高，且厚度会比其他人体组织更薄一些，穿过手指所测出来的光强相比于其他人体组织而言会更大一些，所以能够通过光电式脉搏传感器对人体指尖进行测量来得到脉搏信号。

3 系统测试

系统测试表明， 当驾驶员酒后进入驾驶室点火起动后，安置在方向盘上的酒精传感器能检测出驾驶员的酒精浓度是否超标。若超标，则传感器发送信号给控制系统，经过系统处理后启动报警器报警，同时关闭汽车点火系统禁止汽车启动。