李致金+周宇+宋安

摘 要： 該系統(tǒng)以MSP430F2132微處理器為核心，采用安裝在不同位置的傳感器陣列，對車廂內(nèi)各點的酒精濃度進行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)檢測到的車廂內(nèi)各點的酒精濃度，為主駕位置酒精濃度是否超標(biāo)給出準(zhǔn)確判斷。報警數(shù)據(jù)通過的方式發(fā)送數(shù)據(jù)給接收機，發(fā)動機啟動控制系統(tǒng)根據(jù)汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)做出相應(yīng)的報警和制動，從而有效杜絕酒駕的發(fā)生。

關(guān)鍵詞： MSP430F2132； 傳感器陣列； 車載系統(tǒng)； 酒精檢測； 無線傳輸

中圖分類號： TN919?34； TP29 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）22?0121?03

Vehicle?mounted alcohol concentration monitoring system based on MSP430F2132

LI Zhi?jin， ZHOU Yu， SONG An

（College of Electronics and Information Engineering， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China）

Abstract： The system takes the microprocessor MSP430F2132 as its core. In this system， the sensor arrays mounted on different positions collect the data of alcohol concentration in the vehicle. This system gives the alarm information if the alcohol concentration exceeds the preset value. The alarm data is conveyed by wireless mode. The engine control system gives alarm information or applies the brake according to the vehicles transport condition. The drunk driving will greatly decrease if this system is equipped in vehicles.

Keywords： MSP430F2132； sensor array； vehicle?mounted system； alcohol detection； wireless transmission

在中國，每年由于酒后駕車引發(fā)的交通事故達多數(shù)萬起，同時據(jù)交通部門統(tǒng)計每年造成死亡的事故中有50%以上為酒后駕車。酒后駕駛者往往認(rèn)識不到酒后駕駛的嚴(yán)重后果，因此釀成很多本可避免的慘劇。酒后駕車的危害觸目驚心，已經(jīng)漸漸成為我國交通事故的第一大“殺手”。隨著我國經(jīng)濟的騰飛，汽車變得越來越普遍，交通事故也越來越多，解決酒后駕車的問題也變得越來越迫切。目前采用防控手段主要是通過外置的酒精儀器測試駕車人的酒精含量是否超標(biāo)。由于沒有隨車安裝，而且是被動檢測，因此不能有效杜絕酒后駕車的現(xiàn)象。而之前設(shè)計的車載酒精檢測系統(tǒng)由于過于單一[1]，導(dǎo)致測量結(jié)果不太準(zhǔn)確。鑒于在此設(shè)計這種車載酒精濃度在線測控系統(tǒng)，由于采用多個傳感器檢測，主動檢測車內(nèi)的酒精濃度，同時通過無線傳輸數(shù)據(jù)，控制汽車的運行，能有效地杜絕酒駕現(xiàn)象。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)由4個酒精濃度檢測系統(tǒng)和接收控制系統(tǒng)以及發(fā)動機啟動控制電路3部分組成，其中4個酒精濃度檢測系統(tǒng)分別安裝在主駕駛區(qū)（主駕駛員的方向盤中間處，簡稱A區(qū)），副駕駛區(qū)（簡稱B區(qū)），主駕和副駕的中間區(qū)域（簡稱C區(qū)）以及主駕身后的區(qū)域（簡稱D區(qū)）。酒精濃度檢測系統(tǒng)以低功耗的MSP430F2132為控制核心，由信號采集電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)無線發(fā)射電路等部分組成。接收控制系統(tǒng)以MSP430F2132為控制核心，由信號接收電路、語音報警電路等部分組成。發(fā)動機啟動控制電路主要有報警信號接收電路、啟動信號通斷電路等部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

當(dāng)司機坐在主駕位置上時，接收控制系統(tǒng)工作。接收控制系統(tǒng)向4個檢測系統(tǒng)發(fā)送啟動工作指令，4個檢測系統(tǒng)工作，實時檢測駕駛內(nèi)的酒精濃度，并將之轉(zhuǎn)換成待傳輸?shù)臄?shù)字信號。接收控制系統(tǒng)分時給出4個檢測系統(tǒng)的地址信息，和4個檢測系統(tǒng)分時通信，接收檢測系統(tǒng)的酒精濃度數(shù)據(jù)。接收控制系統(tǒng)對A、B、C、D區(qū)的酒精濃度數(shù)據(jù)和內(nèi)置的專家數(shù)據(jù)進行比對，以判別是否酒駕。如果酒精濃度超標(biāo)，同時車未啟動，則進行聲音報警，控制繼電器切斷汽車制動系統(tǒng)里點火裝置的電源，汽車無法啟動。若汽車發(fā)動機在運行時檢測到酒精濃度超標(biāo)，進行聲音報警，并提醒駕駛?cè)藛T系統(tǒng)將在一分鐘后自動切斷點火裝置電源，強迫停車。若酒精濃度不超標(biāo)，則發(fā)動機啟動控制繼電器不起作用，車可以正常啟動和行駛。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 酒精濃度檢測系統(tǒng)

酒精濃度檢測系統(tǒng)以低功耗的MSP430F2132為主控制器，工作電壓為1.8～3.6 V，非常適用于電池供電的系統(tǒng)。MSP430F2132內(nèi)置8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度

為200 kS/s可實現(xiàn)系統(tǒng)所要求的高精度、快速的模/數(shù)轉(zhuǎn)換。

2.1 酒精濃度檢測電路[2?5]

酒精濃度檢測選用MQ?3氣敏傳感器。MQ?3的敏感部分是由金屬氧化物SnO2的N型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。當(dāng)其表面吸附氣體酒精分子時，其表面的導(dǎo)電電子比例就會發(fā)生變化，從而表面電阻會跟隨被測氣體濃度的變化而變化。當(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生變化時，對應(yīng)的電阻兩端的分壓值也會發(fā)生相應(yīng)的改變，即一個電壓值對應(yīng)著一個被測酒精氣體濃度。本系統(tǒng)中酒精濃度信號的采樣模塊電路如圖2所示，MQ?3的5引腳為加熱電阻的電源端，接至+5 V直流穩(wěn)壓電源。MQ?3的兩個A引腳（即4和6引腳）相連， MQ?3的兩個B引腳（即3和1引腳）也連接在一起，將A端接到2.5 V的電源正極，B端接200 kΩ電阻（可根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)電阻的大?。?，具體接線如圖2所示。LM324是一個集成了4個通用運放放大器的集成芯片[6]，采樣的電壓先通過一個電壓跟隨器，以提供其帶負(fù)載的能力。跟隨后的輸出電壓再經(jīng)過差分電路，以便調(diào)零和克服溫漂等共模信號對精度的影響。最后通過運放放大成0～3.6 V接入微處理器內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端口。

2.2 數(shù)據(jù)無線傳輸電路

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線傳輸電路選用NRF24L01作為核心芯片[7]，實現(xiàn)酒精濃度數(shù)據(jù)的無線傳輸。NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無線通信芯片，使用2.4～2.5 GHz全球開放的ISM頻段。NRF24L01采用GFSK調(diào)制，抗干擾能力強?？梢詫崿F(xiàn)點到點或是1點對6點的無線通信，傳輸速率可以達到2 Mb/s。電路如圖3所示。車廂內(nèi)安裝有4個檢測系統(tǒng)，為了便于接收器識別這4個檢測系統(tǒng)，每個檢測系統(tǒng)各有一個互不相同的地址碼。檢測系統(tǒng)發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)時，先發(fā)送其地址數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)。

圖2 酒精濃度采集電路

圖3 無線數(shù)據(jù)傳輸電路

3 接收控制系統(tǒng)

接收控制系統(tǒng)以MSP430F2132為主控芯片，NRF24L01無線數(shù)據(jù)接收檢測系統(tǒng)發(fā)送來數(shù)據(jù)，接收電路參見圖3。由于車內(nèi)安裝有A、B、C、D四個酒精濃度檢測系統(tǒng)，4個系統(tǒng)發(fā)送無線數(shù)據(jù)時，信號頻率一致。因此，當(dāng)四個檢測系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)時，必會發(fā)生傳輸數(shù)據(jù)的碰撞。為此，必需研究這個問題，防止數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)碰撞。接收控制系統(tǒng)將接收到來自檢測系統(tǒng)的地址信息和酒精濃度信息，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的各個檢測系統(tǒng)的報警數(shù)據(jù)閾值，判斷是否發(fā)出酒駕報警控制信息。

3.1 酒駕報警信息無線發(fā)送

酒駕報警信息的傳輸數(shù)據(jù)量少，為了避免無線傳輸中的同頻干擾，酒駕報警信息的傳輸，本系統(tǒng)選用PT2262/PT2272作為傳輸?shù)暮诵男酒琜8]，實現(xiàn)接收控制終端和汽車點火控制裝置的通信。PT2262/PT2272是一對帶地址編碼的無線遙控發(fā)射/接收芯片，其中PT2262為發(fā)射芯片，PT2272為接收芯片，工作頻率一般為433 MHz或315 MHz。接收控制系統(tǒng)中設(shè)計有報警信息發(fā)送電路，該電路比較簡單不做詳細(xì)介紹。

3.2 語音報警電路

當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度達到或超過酒駕閾值時，接收控制系統(tǒng)發(fā)出報警停車信號同時發(fā)出聲音報警信號。語音報警電路采用芯片ISD4004[8]。ISD4004芯片采用CMOS 技術(shù)， 工作電壓3 V，錄放時間8～16 min。ISD4004輸出的語音信號功率較小，為此需要將該語音信號放大，放大電路如圖4所示。

圖4 聲音報警電路

本系統(tǒng)中預(yù)先錄制1提示音：“請尊重生命，杜絕酒后駕駛”；2警告音：“您已經(jīng)酒后駕駛，車將在1 min后自動停止”。分別從兩個語音地址錄入語音，播放時根據(jù)語音地址的不同播放2種語音。

3.3 汽車行駛狀態(tài)判斷電路

為了達到安全、方便地控制汽車，本系統(tǒng)還設(shè)計有汽車行駛狀態(tài)判斷電路。該電路采用霍爾傳感器A3144[9]檢測輪胎的轉(zhuǎn)動情況。霍爾傳感器是磁敏感傳感元件，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時就可以獲得一串脈沖信號。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，獲得一周多個脈沖輸出。脈沖信號經(jīng)過光耦隔離后接到主控芯片的計數(shù)端口，主控芯片計數(shù)單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)，并將之轉(zhuǎn)換成汽車行駛的速度，判斷汽車的運行狀況。

3.4 顯示電路

接收控制終端上設(shè)計有顯示電路，實時顯示車廂內(nèi)的酒精濃度以及汽車的運行狀態(tài)及速度。為了減少功耗，顯示電路設(shè)計有休眠功能，當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度未達到酒駕報警值時，顯示器休眠，按任意鍵激活。

4 啟動控制系統(tǒng)

啟動控制系統(tǒng)安裝在發(fā)動機啟動電路附近。安裝時需要將發(fā)動機啟動電源的一根線斷路，通過啟動繼電器的常閉觸點連接。當(dāng)沒有報警信息時，啟動繼電器不吸合，常閉點接通，發(fā)動機正常啟動。當(dāng)報警信息發(fā)生時，啟動繼電器吸合，啟動電源斷開，發(fā)動機停止，汽車制動。啟動控制系統(tǒng)中設(shè)計有與接收控制電路中報警信息發(fā)送電路地址一致的報警信息接收電路，接收報警信息。該部分電路設(shè)計較簡單，限于篇幅本文不做詳細(xì)介紹。

5 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件核心部分有兩個，一個是酒精濃度是否達到酒駕的判決；一個是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎矄栴}。

5.1 酒精濃度判別

車廂內(nèi)安裝有4個酒精濃度檢測點，分別為系統(tǒng)設(shè)計中所說的A、B、C、D四個區(qū)域。由于酒精氣體因濃度差，會在車廂內(nèi)慢慢擴散。依據(jù)常識，距離源點近的檢測點的濃度一定高于距離源點遠(yuǎn)的檢測點的濃度。因此，如果主駕位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是A>C>D>B。如果副駕位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>A>D。如果后排右側(cè)位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>D>A。如果后排左側(cè)位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是D>A>C>B。接收控制器根據(jù)4個檢測點的酒精濃度的相互關(guān)系判別酒精氣體的源點，對是否發(fā)出報警信息作出正確的判斷。本系統(tǒng)對各點酒精的模擬檢測基本上符合上面邏輯。

5.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎?/p>

單信道同頻率無線數(shù)據(jù)傳輸中，防碰撞是必然要研究的問題。本系統(tǒng)中無線通信方式是4對1的通信。如果4的發(fā)送點同時發(fā)送必然會引起數(shù)據(jù)的碰撞，因此在通信應(yīng)該進行分時發(fā)送。本系統(tǒng)中將接收控制系統(tǒng)作為主叫控制器，4個檢測控制系統(tǒng)作為被叫控制器。系統(tǒng)啟動時，被叫控制器都處于接收狀態(tài)，主叫控制器依次發(fā)送被叫控制器的地址碼。被叫控制器接收主叫控制器發(fā)送的地址碼，并和本系統(tǒng)的地址碼比對。如果地址碼一致，該被叫控制器發(fā)送呼叫應(yīng)答信號，從而和主叫控制器建立通信鏈路，實現(xiàn)通信。被叫控制器發(fā)送完數(shù)據(jù)后，主動釋放信道。主叫控制器依次輪詢下一個被叫控制器，實現(xiàn)4對1的無碰撞數(shù)據(jù)通信。

6 結(jié) 語

本系統(tǒng)設(shè)計了一個的車載酒精濃度在線檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)中創(chuàng)新地采用傳感器陣列，通過安裝在不同位置的傳感器，可以準(zhǔn)確測量車廂內(nèi)各位置的酒精濃度，為主駕位置酒精濃度是否超標(biāo)提供準(zhǔn)確檢測。同時系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)信息的無線收發(fā)方式，可方便安裝在汽車上。本系統(tǒng)智能化程度腳高，功耗低，可靠性高，對預(yù)防酒后駕車具有良好的效果，因此在實際應(yīng)用中具有很好的推廣價值。

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2.2 數(shù)據(jù)無線傳輸電路

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線傳輸電路選用NRF24L01作為核心芯片[7]，實現(xiàn)酒精濃度數(shù)據(jù)的無線傳輸。NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無線通信芯片，使用2.4～2.5 GHz全球開放的ISM頻段。NRF24L01采用GFSK調(diào)制，抗干擾能力強?？梢詫崿F(xiàn)點到點或是1點對6點的無線通信，傳輸速率可以達到2 Mb/s。電路如圖3所示。車廂內(nèi)安裝有4個檢測系統(tǒng)，為了便于接收器識別這4個檢測系統(tǒng)，每個檢測系統(tǒng)各有一個互不相同的地址碼。檢測系統(tǒng)發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)時，先發(fā)送其地址數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)。

圖2 酒精濃度采集電路

圖3 無線數(shù)據(jù)傳輸電路

3 接收控制系統(tǒng)

接收控制系統(tǒng)以MSP430F2132為主控芯片，NRF24L01無線數(shù)據(jù)接收檢測系統(tǒng)發(fā)送來數(shù)據(jù)，接收電路參見圖3。由于車內(nèi)安裝有A、B、C、D四個酒精濃度檢測系統(tǒng)，4個系統(tǒng)發(fā)送無線數(shù)據(jù)時，信號頻率一致。因此，當(dāng)四個檢測系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)時，必會發(fā)生傳輸數(shù)據(jù)的碰撞。為此，必需研究這個問題，防止數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)碰撞。接收控制系統(tǒng)將接收到來自檢測系統(tǒng)的地址信息和酒精濃度信息，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的各個檢測系統(tǒng)的報警數(shù)據(jù)閾值，判斷是否發(fā)出酒駕報警控制信息。

3.1 酒駕報警信息無線發(fā)送

酒駕報警信息的傳輸數(shù)據(jù)量少，為了避免無線傳輸中的同頻干擾，酒駕報警信息的傳輸，本系統(tǒng)選用PT2262/PT2272作為傳輸?shù)暮诵男酒琜8]，實現(xiàn)接收控制終端和汽車點火控制裝置的通信。PT2262/PT2272是一對帶地址編碼的無線遙控發(fā)射/接收芯片，其中PT2262為發(fā)射芯片，PT2272為接收芯片，工作頻率一般為433 MHz或315 MHz。接收控制系統(tǒng)中設(shè)計有報警信息發(fā)送電路，該電路比較簡單不做詳細(xì)介紹。

3.2 語音報警電路

當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度達到或超過酒駕閾值時，接收控制系統(tǒng)發(fā)出報警停車信號同時發(fā)出聲音報警信號。語音報警電路采用芯片ISD4004[8]。ISD4004芯片采用CMOS 技術(shù)， 工作電壓3 V，錄放時間8～16 min。ISD4004輸出的語音信號功率較小，為此需要將該語音信號放大，放大電路如圖4所示。

圖4 聲音報警電路

本系統(tǒng)中預(yù)先錄制1提示音：“請尊重生命，杜絕酒后駕駛”；2警告音：“您已經(jīng)酒后駕駛，車將在1 min后自動停止”。分別從兩個語音地址錄入語音，播放時根據(jù)語音地址的不同播放2種語音。

3.3 汽車行駛狀態(tài)判斷電路

為了達到安全、方便地控制汽車，本系統(tǒng)還設(shè)計有汽車行駛狀態(tài)判斷電路。該電路采用霍爾傳感器A3144[9]檢測輪胎的轉(zhuǎn)動情況?；魻杺鞲衅魇谴琶舾袀鞲性灰谵D(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時就可以獲得一串脈沖信號。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，獲得一周多個脈沖輸出。脈沖信號經(jīng)過光耦隔離后接到主控芯片的計數(shù)端口，主控芯片計數(shù)單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)，并將之轉(zhuǎn)換成汽車行駛的速度，判斷汽車的運行狀況。

3.4 顯示電路

接收控制終端上設(shè)計有顯示電路，實時顯示車廂內(nèi)的酒精濃度以及汽車的運行狀態(tài)及速度。為了減少功耗，顯示電路設(shè)計有休眠功能，當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度未達到酒駕報警值時，顯示器休眠，按任意鍵激活。

4 啟動控制系統(tǒng)

啟動控制系統(tǒng)安裝在發(fā)動機啟動電路附近。安裝時需要將發(fā)動機啟動電源的一根線斷路，通過啟動繼電器的常閉觸點連接。當(dāng)沒有報警信息時，啟動繼電器不吸合，常閉點接通，發(fā)動機正常啟動。當(dāng)報警信息發(fā)生時，啟動繼電器吸合，啟動電源斷開，發(fā)動機停止，汽車制動。啟動控制系統(tǒng)中設(shè)計有與接收控制電路中報警信息發(fā)送電路地址一致的報警信息接收電路，接收報警信息。該部分電路設(shè)計較簡單，限于篇幅本文不做詳細(xì)介紹。

5 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件核心部分有兩個，一個是酒精濃度是否達到酒駕的判決；一個是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎矄栴}。

5.1 酒精濃度判別

車廂內(nèi)安裝有4個酒精濃度檢測點，分別為系統(tǒng)設(shè)計中所說的A、B、C、D四個區(qū)域。由于酒精氣體因濃度差，會在車廂內(nèi)慢慢擴散。依據(jù)常識，距離源點近的檢測點的濃度一定高于距離源點遠(yuǎn)的檢測點的濃度。因此，如果主駕位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是A>C>D>B。如果副駕位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>A>D。如果后排右側(cè)位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>D>A。如果后排左側(cè)位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是D>A>C>B。接收控制器根據(jù)4個檢測點的酒精濃度的相互關(guān)系判別酒精氣體的源點，對是否發(fā)出報警信息作出正確的判斷。本系統(tǒng)對各點酒精的模擬檢測基本上符合上面邏輯。

5.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎?/p>

單信道同頻率無線數(shù)據(jù)傳輸中，防碰撞是必然要研究的問題。本系統(tǒng)中無線通信方式是4對1的通信。如果4的發(fā)送點同時發(fā)送必然會引起數(shù)據(jù)的碰撞，因此在通信應(yīng)該進行分時發(fā)送。本系統(tǒng)中將接收控制系統(tǒng)作為主叫控制器，4個檢測控制系統(tǒng)作為被叫控制器。系統(tǒng)啟動時，被叫控制器都處于接收狀態(tài)，主叫控制器依次發(fā)送被叫控制器的地址碼。被叫控制器接收主叫控制器發(fā)送的地址碼，并和本系統(tǒng)的地址碼比對。如果地址碼一致，該被叫控制器發(fā)送呼叫應(yīng)答信號，從而和主叫控制器建立通信鏈路，實現(xiàn)通信。被叫控制器發(fā)送完數(shù)據(jù)后，主動釋放信道。主叫控制器依次輪詢下一個被叫控制器，實現(xiàn)4對1的無碰撞數(shù)據(jù)通信。

6 結(jié) 語

本系統(tǒng)設(shè)計了一個的車載酒精濃度在線檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)中創(chuàng)新地采用傳感器陣列，通過安裝在不同位置的傳感器，可以準(zhǔn)確測量車廂內(nèi)各位置的酒精濃度，為主駕位置酒精濃度是否超標(biāo)提供準(zhǔn)確檢測。同時系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)信息的無線收發(fā)方式，可方便安裝在汽車上。本系統(tǒng)智能化程度腳高，功耗低，可靠性高，對預(yù)防酒后駕車具有良好的效果，因此在實際應(yīng)用中具有很好的推廣價值。

參考文獻

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[8] 楊慶.基于PT2262/2272的輸液報警系統(tǒng)[J].山西電子技術(shù)，2007（6）：13?14.

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2.2 數(shù)據(jù)無線傳輸電路

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線傳輸電路選用NRF24L01作為核心芯片[7]，實現(xiàn)酒精濃度數(shù)據(jù)的無線傳輸。NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無線通信芯片，使用2.4～2.5 GHz全球開放的ISM頻段。NRF24L01采用GFSK調(diào)制，抗干擾能力強。可以實現(xiàn)點到點或是1點對6點的無線通信，傳輸速率可以達到2 Mb/s。電路如圖3所示。車廂內(nèi)安裝有4個檢測系統(tǒng)，為了便于接收器識別這4個檢測系統(tǒng)，每個檢測系統(tǒng)各有一個互不相同的地址碼。檢測系統(tǒng)發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)時，先發(fā)送其地址數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送酒精濃度數(shù)據(jù)。

圖2 酒精濃度采集電路

圖3 無線數(shù)據(jù)傳輸電路

3 接收控制系統(tǒng)

接收控制系統(tǒng)以MSP430F2132為主控芯片，NRF24L01無線數(shù)據(jù)接收檢測系統(tǒng)發(fā)送來數(shù)據(jù)，接收電路參見圖3。由于車內(nèi)安裝有A、B、C、D四個酒精濃度檢測系統(tǒng)，4個系統(tǒng)發(fā)送無線數(shù)據(jù)時，信號頻率一致。因此，當(dāng)四個檢測系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)時，必會發(fā)生傳輸數(shù)據(jù)的碰撞。為此，必需研究這個問題，防止數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)碰撞。接收控制系統(tǒng)將接收到來自檢測系統(tǒng)的地址信息和酒精濃度信息，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的各個檢測系統(tǒng)的報警數(shù)據(jù)閾值，判斷是否發(fā)出酒駕報警控制信息。

3.1 酒駕報警信息無線發(fā)送

酒駕報警信息的傳輸數(shù)據(jù)量少，為了避免無線傳輸中的同頻干擾，酒駕報警信息的傳輸，本系統(tǒng)選用PT2262/PT2272作為傳輸?shù)暮诵男酒琜8]，實現(xiàn)接收控制終端和汽車點火控制裝置的通信。PT2262/PT2272是一對帶地址編碼的無線遙控發(fā)射/接收芯片，其中PT2262為發(fā)射芯片，PT2272為接收芯片，工作頻率一般為433 MHz或315 MHz。接收控制系統(tǒng)中設(shè)計有報警信息發(fā)送電路，該電路比較簡單不做詳細(xì)介紹。

3.2 語音報警電路

當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度達到或超過酒駕閾值時，接收控制系統(tǒng)發(fā)出報警停車信號同時發(fā)出聲音報警信號。語音報警電路采用芯片ISD4004[8]。ISD4004芯片采用CMOS 技術(shù)， 工作電壓3 V，錄放時間8～16 min。ISD4004輸出的語音信號功率較小，為此需要將該語音信號放大，放大電路如圖4所示。

圖4 聲音報警電路

本系統(tǒng)中預(yù)先錄制1提示音：“請尊重生命，杜絕酒后駕駛”；2警告音：“您已經(jīng)酒后駕駛，車將在1 min后自動停止”。分別從兩個語音地址錄入語音，播放時根據(jù)語音地址的不同播放2種語音。

3.3 汽車行駛狀態(tài)判斷電路

為了達到安全、方便地控制汽車，本系統(tǒng)還設(shè)計有汽車行駛狀態(tài)判斷電路。該電路采用霍爾傳感器A3144[9]檢測輪胎的轉(zhuǎn)動情況?；魻杺鞲衅魇谴琶舾袀鞲性?，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時就可以獲得一串脈沖信號。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，獲得一周多個脈沖輸出。脈沖信號經(jīng)過光耦隔離后接到主控芯片的計數(shù)端口，主控芯片計數(shù)單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)，并將之轉(zhuǎn)換成汽車行駛的速度，判斷汽車的運行狀況。

3.4 顯示電路

接收控制終端上設(shè)計有顯示電路，實時顯示車廂內(nèi)的酒精濃度以及汽車的運行狀態(tài)及速度。為了減少功耗，顯示電路設(shè)計有休眠功能，當(dāng)車廂內(nèi)的酒精濃度未達到酒駕報警值時，顯示器休眠，按任意鍵激活。

4 啟動控制系統(tǒng)

啟動控制系統(tǒng)安裝在發(fā)動機啟動電路附近。安裝時需要將發(fā)動機啟動電源的一根線斷路，通過啟動繼電器的常閉觸點連接。當(dāng)沒有報警信息時，啟動繼電器不吸合，常閉點接通，發(fā)動機正常啟動。當(dāng)報警信息發(fā)生時，啟動繼電器吸合，啟動電源斷開，發(fā)動機停止，汽車制動。啟動控制系統(tǒng)中設(shè)計有與接收控制電路中報警信息發(fā)送電路地址一致的報警信息接收電路，接收報警信息。該部分電路設(shè)計較簡單，限于篇幅本文不做詳細(xì)介紹。

5 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件核心部分有兩個，一個是酒精濃度是否達到酒駕的判決；一個是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎矄栴}。

5.1 酒精濃度判別

車廂內(nèi)安裝有4個酒精濃度檢測點，分別為系統(tǒng)設(shè)計中所說的A、B、C、D四個區(qū)域。由于酒精氣體因濃度差，會在車廂內(nèi)慢慢擴散。依據(jù)常識，距離源點近的檢測點的濃度一定高于距離源點遠(yuǎn)的檢測點的濃度。因此，如果主駕位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是A>C>D>B。如果副駕位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>A>D。如果后排右側(cè)位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是B>C>D>A。如果后排左側(cè)位置是酒精氣體的源點，則4個檢測點的酒精濃度數(shù)值關(guān)系應(yīng)該是D>A>C>B。接收控制器根據(jù)4個檢測點的酒精濃度的相互關(guān)系判別酒精氣體的源點，對是否發(fā)出報警信息作出正確的判斷。本系統(tǒng)對各點酒精的模擬檢測基本上符合上面邏輯。

5.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆琅鲎?/p>

單信道同頻率無線數(shù)據(jù)傳輸中，防碰撞是必然要研究的問題。本系統(tǒng)中無線通信方式是4對1的通信。如果4的發(fā)送點同時發(fā)送必然會引起數(shù)據(jù)的碰撞，因此在通信應(yīng)該進行分時發(fā)送。本系統(tǒng)中將接收控制系統(tǒng)作為主叫控制器，4個檢測控制系統(tǒng)作為被叫控制器。系統(tǒng)啟動時，被叫控制器都處于接收狀態(tài)，主叫控制器依次發(fā)送被叫控制器的地址碼。被叫控制器接收主叫控制器發(fā)送的地址碼，并和本系統(tǒng)的地址碼比對。如果地址碼一致，該被叫控制器發(fā)送呼叫應(yīng)答信號，從而和主叫控制器建立通信鏈路，實現(xiàn)通信。被叫控制器發(fā)送完數(shù)據(jù)后，主動釋放信道。主叫控制器依次輪詢下一個被叫控制器，實現(xiàn)4對1的無碰撞數(shù)據(jù)通信。

6 結(jié) 語

本系統(tǒng)設(shè)計了一個的車載酒精濃度在線檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)中創(chuàng)新地采用傳感器陣列，通過安裝在不同位置的傳感器，可以準(zhǔn)確測量車廂內(nèi)各位置的酒精濃度，為主駕位置酒精濃度是否超標(biāo)提供準(zhǔn)確檢測。同時系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)信息的無線收發(fā)方式，可方便安裝在汽車上。本系統(tǒng)智能化程度腳高，功耗低，可靠性高，對預(yù)防酒后駕車具有良好的效果，因此在實際應(yīng)用中具有很好的推廣價值。

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