基于單片機89C2051的酒精含量探測器設(shè)計

引言

　 目前幾乎所有國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛?cè)藛T進行現(xiàn)場檢測，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(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在汽車上，不用交警和其他人員就能判斷司機是否酒后駕車，以確保了司機的安全，又減少了交警等人員的工作量。同時根據(jù)檢測到酒精含量是否超標(biāo)進行自主判斷，能夠控制汽車點火器開關(guān)，使飲酒駕駛員無法啟動汽車。

　　1 總體方案設(shè)計

　　系統(tǒng)采用駕駛員主動呼氣方法，以判斷駕駛員是否是酒后開車，總體方案設(shè)計如圖1 所示。該系統(tǒng)可放置在汽車儀表盤位置，當(dāng)司機發(fā)動汽車時，報警裝置將會響起，提醒駕駛員使用酒精探測及安全控制系統(tǒng)，此時發(fā)動機處于被鎖狀態(tài)，汽車無法啟動。酒精傳感器加熱后，系統(tǒng)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(shè)置一個話筒作為呼氣判斷裝置。當(dāng)呼氣確認后，單片機發(fā)送觸發(fā)信號，開始對酒精傳感器探測的氣體信號進行檢測。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(jù)電壓信號進行酒精含量的判斷。檢測信號經(jīng)過放大、檢波電路，進行信號放大和濾波之后，通過A/ D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由單片機對此信號進行處理判斷，假設(shè)酒精含量沒有超標(biāo)，指示燈亮起，控制繼電器不起作用，汽車可以啟動；反之，超標(biāo)指示燈亮起，報警裝置同時響起，說明不能行駛，若司機強行啟動，控制繼電器切斷點火裝置電源，使汽車無法行駛，從而實現(xiàn)控制酒后駕車的功能。

　　2 硬件設(shè)計

　　硬件設(shè)計采用發(fā)射部分和接收部分獨立結(jié)構(gòu)，使得檢測和控制系統(tǒng)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、呼氣話筒、8 位A/ D 轉(zhuǎn)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(biāo)，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(zhuǎn)換電路。酒精探頭選用QM- J3 氣敏傳感器，該元件是以復(fù)合金屬氧化物為主體材料的N 型半導(dǎo)體。呼氣時，一旦該元件接觸乙醇蒸汽，其電導(dǎo)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(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，送到單片機進行閥值判斷，檢測駕駛員呼出氣體中酒精含量是否超標(biāo)。

　　2.1.2 呼氣判斷模塊

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

　　2.1.3 指示模塊

　　該模塊有紅綠黃三個指示燈。紅燈是電源指示燈，工作時亮；綠燈是呼氣提示燈，酒精探頭需要一定時間加熱，才能達到理想的靈敏度。

　　加熱時間到，綠燈亮，表示可以呼氣；黃燈表示呼氣有效，當(dāng)黃燈不亮，表示呼氣不充分，直到黃燈亮，單片機才開始檢測酒精探頭送來的信號。

　　2.1.4 單片機

　　選用51 系列的89C2051 單片機作為處理器，用來檢測呼氣判斷信號并判斷氣體中的酒精含量，并生成相應(yīng)的信息碼發(fā)送給發(fā)射設(shè)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(diào)制后無線發(fā)送給接收部分。

　　2.2 接收部分

　　接收部分安裝于汽車上，主要是對收到的信號碼進行判斷，做出相應(yīng)操作。收到錯誤碼，返回繼續(xù)檢測；收到超標(biāo)碼，報警音提示，點火裝置斷開，汽車大燈亮，喇叭響；收到不超標(biāo)碼，發(fā)出可行駛提示音，點火裝置打開。結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示，可分為如下幾個模塊：