華紅艷，蘇歌唱，張彥斌，郭云云，桂其昌

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，鄭州450015）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車已逐步進(jìn)入每一個(gè)家庭。由此而帶來的一系列諸如酒后駕駛檢測、安全倒車與轉(zhuǎn)向等問題越來越引起人們的重視。隨著檢測技術(shù)與電子產(chǎn)品日新月異的發(fā)展，傳感器在汽車安全檢測報(bào)警系統(tǒng)中的重要性愈加明顯。一些新型的智能傳感器在汽車安全領(lǐng)域得到了應(yīng)用，促進(jìn)了汽車技術(shù)的不斷發(fā)展。本文研究設(shè)計(jì)了一種用于車載的具有監(jiān)測及超限報(bào)警功能的多傳感器監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)駕駛室酒精濃度、車體傾角和車與車之間距離的實(shí)時(shí)監(jiān)測，具有液晶顯示、語音提示功能，并基于GSM全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)同時(shí)向目標(biāo)手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警，只要在GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)就能接收到報(bào)警信息，相對于傳統(tǒng)的報(bào)警方式而言，具有無距離限制、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

1 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該車載傳感器檢測與報(bào)警系統(tǒng)采用了STC12C5A60S2單片機(jī)芯片和MQ-3氣體傳感器，MMA7361加速度傾角模塊，HC-SR04超聲波測距模塊，WT588D語音芯片及SIM900A模塊，能夠自動(dòng)檢測車內(nèi)乙醇濃度是否超標(biāo)，判斷車子是否在前行、車身傾斜角度，在倒車時(shí)能夠檢測出車尾與后方障礙物的距離，彌補(bǔ)后視盲區(qū)。SIM900A模塊的作用是當(dāng)駕駛?cè)瞬环习踩{駛時(shí)除及時(shí)提醒司機(jī)本人外，還可以自動(dòng)發(fā)送短信通知其家人或相關(guān)管理人員，避免事故的發(fā)生。各傳感器的檢測信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)進(jìn)行處理，然后通過液晶屏顯示，并伴有語音提示。本系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)控制的LCD顯示電路

STC12C5A60S2單片機(jī)是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，且速度快8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)。內(nèi)部資源豐富，可接受多路傳感器的A/D信號。液晶LCD1602能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符，而且內(nèi)部自帶CGRAM，操作控制簡單，并且能同時(shí)顯示多個(gè)傳感器監(jiān)測到的參數(shù)，滿足本設(shè)計(jì)要求。單片機(jī)與LCD顯示電路如圖2所示。

2.2 超聲波測距

本設(shè)計(jì)采用HC-SR04超聲波測距模塊，HCSR04超聲波測距模塊可提供2～400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。此模塊采用I/O口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號；模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，自動(dòng)檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測試距離=(高電平時(shí)間×聲速(340M/S))/2。

2.3 酒精濃度超標(biāo)預(yù)警

MQ-3氣體傳感器對乙醇蒸氣有很高的靈敏度和良好的選擇性，可用于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測。MQ兩端的輸出電壓值經(jīng)過電壓比較器后，就可以知道車廂內(nèi)乙醇的濃度是否超過設(shè)定值，若超標(biāo)則語音提示并采取一定的控制措施。檢測電路如圖3所示。路

2.4 傾角傳感器

車身傾斜角度測量的目的是為了避免汽車側(cè)翻，當(dāng)汽車顛簸過大或傾斜達(dá)到一定限度時(shí)，提醒司機(jī)注意操控汽車，減小車身傾斜角度，避免汽車側(cè)翻。車身傾斜角度測量使用MMA7361加速度傾角模塊，MMA7361LC 3軸小量程加速傳感器是檢測物件運(yùn)動(dòng)和方向的傳感器，它根據(jù)物件運(yùn)動(dòng)和方向改變輸出信號的電壓值。如果沿著某一個(gè)方向活動(dòng)，或者受到重力作用，輸出電壓就會根據(jù)其運(yùn)動(dòng)方向以及設(shè)定的傳感器靈敏度而改變其輸出電壓。用單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換器讀取X,Y,Z三個(gè)方向的輸出信號就可以檢測其運(yùn)動(dòng)和方向。該模塊如圖4所示。

2.5 語音報(bào)警電路

WT588D語音芯片擁有220段可控地址位，單個(gè)地址位最多可加載128段語音，本次采用WT588D為主控芯片的語音報(bào)警模塊，若對應(yīng)的參數(shù)達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，該模塊發(fā)出相應(yīng)的提示音，司機(jī)便可以根據(jù)提示采取措施。

2.6 GSM模塊

GSM模塊選用SIM900A模塊，此SIM900A采用ARM926EJ-S架構(gòu),性能強(qiáng)大，可以內(nèi)置應(yīng)用程序。本系統(tǒng)中此模塊作用主要是當(dāng)系統(tǒng)測得的酒精濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)，若駕駛?cè)藛T仍然強(qiáng)行開車，則單片機(jī)使SIM900A模塊發(fā)送一條短信給指定的手機(jī)，通知其家人或其他管理人員,減少酒駕事故的發(fā)生。

2.7 電源電路

單片機(jī)對供電的要求是4.75～5.25V。本系統(tǒng)電源模塊采用9V電源，然后通過78L05穩(wěn)壓到5V，SIM900A模塊的供電部分采用供電為3.5～4.5V 1.5A以上的直流電源模塊單獨(dú)供電，防止干擾單片機(jī)正常工作。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)的框架如圖6所示，為方便編程，設(shè)計(jì)采用模塊化的思想。

4 結(jié)論與展望

本文基于單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種用于車載的多傳感器監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)。由單片機(jī)自帶8路高速A/D轉(zhuǎn)換，可接受多路傳感器的信號，減少了外圍元件，使得硬件設(shè)計(jì)簡單，電路可靠性高；單片機(jī)通過對車上各種參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測反映到顯示屏上，并具有語音報(bào)警提示，便于司機(jī)實(shí)時(shí)了解汽車的情況，提高了汽車的運(yùn)行安全性；程序采用模塊化編程，使得編程、調(diào)試快捷簡單；無線通信GSM模塊將一些重要信息發(fā)送相關(guān)人員手機(jī)，便于其他人員了解與監(jiān)督司機(jī)及汽車實(shí)時(shí)狀況，也便于管理交通運(yùn)輸系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的采用，將有效降低酒駕事故的發(fā)生，也有助于降低交通事故。

[1]求是科技.8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[2]程琤，溫欣玲，張臻，等.單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[3]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]王謙，張濤.基于STC89C52單片機(jī)的酒精檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技信息，2012(22).

[5]劉玉瓊.基于WT588D提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2010(22).

[6]SIMCom.SIM900A硬件設(shè)計(jì)手冊[Z].SIMCOM，2010.