單片機典型案例開發（三）

　一、基于單片機的多功能防醉駕系統裝置設計

　　基于ATmega16超低功耗單片機的2J2001A型數碼酒精探測控制儀，探測傳感器安裝在汽車內，分別在主駕駛車位上的頭頂上、方向盤上、每一個車門的邊上安裝，當駕駛人員進入駕駛座位后，可以自動對酒精濃度進行探測，當系統通過對5個酒精測試儀的數據分析后，會判定出駕駛員是否是飲酒駕車和醉酒駕車，并分別采取對應的措施，以確保行車和駕駛員的安全。系統可以根據檢測到的酒精含量是否超標控制汽車點火器打開或者關閉，如果超標，則駕駛人員無法啟動汽車同時安全帶會自動收緊，而且系統會呼叫相應的人員過來幫助駕駛員，因此從根本上杜絕了酒后駕車的出現。該系統具有性價比高，智能化程度高，工作穩定可靠的優點。

　　1 系統工作原理

　　系統采用超高靈敏度酒精傳感器用旁熱型半導體式酒精氣敏元件MQ3，超低功耗ATmega16單片機系統，自動探測酒精濃度的方法，可以防止駕駛人員逃避檢測，以判斷駕駛員是否是酒后開車，系統總體設計如圖1所示。主機電路包括8個模塊，分別是酒精傳感電路模塊、電源模塊、GPS定位模塊、鍵盤控制模塊、液晶顯示模塊、聲光報警模塊、語音呼叫模塊、繼電器控制模塊。該系統放置在汽車儀表盤位置，當司機打開車門時，酒精探測控制儀啟動，此時發動機處于被鎖狀態，汽車無法啟動。酒精傳感器加熱后，探測控制儀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生的電壓信號成特定的比例關系，因而可根據電壓信號進行酒精含量的判斷。檢測到的信號經過放大和濾波之后，通過單片機內置的12位ADC轉換為數字信號，由單片機對此信號進行處理判斷，假設酒精含量沒有超標，LCD顯示屏幕顯示當前酒精濃度，同時綠色指示燈（正常）亮起，控制繼電器不起作用，汽車隨之啟動;反之紅色指示燈（不正常）亮起并進行聲光報警，控制繼電器切斷點火裝置電源，同時安全帶收緊，系統啟動呼叫緊急聯系人裝置，通過GPRS導航儀測定當前位置并以語音或短信“我現在在XX方位，我喝醉了，請速來”告訴給緊急聯系人，此時駕駛人員無法啟動汽車，從根本上實現控制酒后駕車。汽車啟動后，控制儀隨即進入低功耗狀態，只有酒精濃度探測電路一直工作，一旦駕駛人員駕駛過程中飲酒，控制儀立即恢復到正常工作狀態。

　　2 系統主要電路設計

　　（1）主控電路

　　本控制儀采用了由Atmel公司研發出的新一代高性能、低功耗、高集成化的8位微處理器，具有先進的RISC結構，大多數指令的執行時間為單個時鐘周期增強型ATmega16單片機，它的工作電壓為4.5～5.5 V，工作頻率為0～16 MHz，支持JTAG端口仿真和編程，仿真效果比傳統仿真更真實有效。它的高度集成不但大大降低了故障率，而且在成本、體積、穩定性方面都有明顯優勢。系統主控電路如圖2所示，包含晶振電路、復位電路等。

　　（2）酒精檢測電路

　　酒精傳感器采用旁熱型半導體式酒精氣敏元件MQ3，探測范圍為10～1000ppm。酒精檢測電路由高精度酒精傳感器、信號調理放大電路、濾波電路和單片機內置12位ADC等組成，主要功能是檢測酒精含量，判斷其是否超標，如圖3所示。

　　（3）指示燈電路

　　指示燈電路有紅綠黃三個指示燈，紅燈是電源指示燈，工作時亮;綠燈是檢測提示燈，因為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，表示可以進行濃度探測;黃燈為報警指示燈，黃燈不亮，表示可以行車;當黃燈亮時，表示酒精濃度超標，不可以駕駛，同時黃燈閃爍的頻率越高，酒精濃度越高。如圖4所示。

　　（4）液晶顯示電路

　　此系統選用的是廣州瑞通科技有限公司的SED1335圖形點陣LCD模塊。這是一款低功耗的點陣圖形式LCD，可以工作在3.3 V供電的情況下，顯示格式為128（列）×64（行），具有多功能指令，內部帶有中文字庫，既可以工作于串行方式又可以工作于并行方式，很容易與16位的單片機相連。本系統中與單片機的連接采用并行工作模式，以液晶顯示控制芯片ATmega16的異步串行通信端USART為外部數據或控制指令的輸入斷口，如圖5所示。

（5）GPS導航系統設置電路

　　本設計在系統終端采用了GPS導航系統模塊作為開發平臺，當酒精檢測系統發出醉酒超標信號時，該模塊就會將所在地點的信息發到語音呼叫模塊上。在平時無醉酒（飲酒）情況下，該模塊就充當GPS實時導航系統，為駕駛員提供必要的信息。

　　（6）繼電器控制電路

　　控制繼電器有兩個主要部分，一個是控制系統，另一個是被控制系統。其起動機的工作原理如圖6所示。

　　（7）語音呼叫系統控制電路

　　語音呼叫系統是繼酒精檢測電路發出超標信號后，該系統讀取GPS模塊傳送過來的信息并通過語音呼叫系統把飲酒者所在地點信息傳給其最近聯系人，讓他過來幫忙，如：“我現在在XX方位，我喝醉了，請速來”。其電路如圖7所示。

　　（8）報警和鍵盤電路

　　利用蜂鳴器作為報警器，當酒精含量超標時，發出禁止行車警告音;不超標時發出允許行車提示音。由單片機的I/O口驅動蜂鳴器來實現。

　　3 系統軟件設計

　　軟件部分根據系統功能進行模塊化編程。控制儀主程序流程圖如圖8所示，實現酒精含量檢測、酒精含量是否超標判別、酒精含量顯示、聲光報警等功能。系統初始化后，對酒精傳感器進行加熱，自動進入測量狀態，然后采集酒精含量電壓信號，與設定的精度濃度進行比較，如果高于這個濃度，則顯示該濃度，并進行聲光報警，同時切斷點火電路，駕駛人員不能發動汽車;如果低于這個濃度，則顯示所測的濃度，同時啟動發動機。

　　通過電路中預留的JTAG接口調試程序，依據檢測系統不同功能的需要，采用模塊化的設計，將程序分成幾個主要的功能模塊：氣體檢測、工作電壓設置、采樣數據上傳。

　　4 結語

　　酒精監控系統是為預防或杜絕醉酒駕車引發交通事故發生而設計的。通過對各個電路功能及軟件工作流程的研究與制作，基本實現了設計要求。系統具有自動測量、智能化程度高、功耗低等特點，對預防酒后駕車具有很好的效果，在實際應用中具有很好的推廣價值。

　　二、智能電飯煲中單片機的應用

　　1 引言

　　微電腦或電腦控制的智能電飯煲符合現代人的要求，人性化的界面設計，使得人們一眼看出當前工作狀態，讓您更安心，各種烹調過程全部由電腦自動控制，并且大多的智能電飯煲采用太空“黑晶”內膽，超硬耐磨，恒久美觀，所有的這些特點符合現代人的省時、省力、耐用的觀念。

　　本文主要介紹利用SPMC65P2404A芯片來對電飯煲的過程進行控制，SPMC65P2404A是凌陽公司的8位元單片機，最高工作頻率為8MHz，工作電壓2.5V~5V，有192字節的RAM和4K字節的OTP ROM，有23個可編程IO口，8通道10位A/D轉換器，2通道8位定時/計數器，2通道16位定時/計數器，1個12位PWM輸出口，有低電壓、上電、看門狗、外部信號、錯誤地址復位，并且有一個蜂鳴器輸出口。

　　2 總體方案介紹

　　利用凌陽8位MCU設計的智能電飯煲控制系統原理框圖如圖2-1所示，通過按鍵來選擇功能模式、顯示電路完成顯示當前狀態和定時時間;通過溫度傳感器來對溫度進行采樣;通過MCU的控制最終實現對繼電器的控制，從而來控制對加熱盤的加熱與否，電源部分完成對單片機系統和外圍電路提供5V電源，并且對加熱盤進行加熱。