基于單片機的酒精含量探測器設計

引言

　 目前幾乎所有國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛人員進行現場檢測，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，該系統安裝在汽車上，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。同時根據檢測到酒精含量是否超標進行自主判斷，能夠控制汽車點火器開關，使飲酒駕駛員無法啟動汽車。

　　1 總體方案設計

　　系統采用駕駛員主動呼氣方法，以判斷駕駛員是否是酒后開車，總體方案設計如圖1 所示。該系統可放置在汽車儀表盤位置，當司機發動汽車時，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，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，系統指示模塊綠燈亮起，提示駕駛員呼氣。為防止駕駛員逃避檢測，設置一個話筒作為呼氣判斷裝置。當呼氣確認后，單片機發送觸發信號，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生的電壓信號成比例關系，因而可根據電壓信號進行酒精含量的判斷。檢測信號經過放大、檢波電路，進行信號放大和濾波之后，通過A/ D 轉換電路轉換為數字信號，由單片機對此信號進行處理判斷，假設酒精含量沒有超標，指示燈亮起，控制繼電器不起作用，汽車可以啟動；反之，超標指示燈亮起，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，從而實現控制酒后駕車的功能。

　　2 硬件設計

　　硬件設計采用發射部分和接收部分獨立結構，使得檢測和控制系統分離。

　　2.1 發射部分

發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 轉換器AD0809 以及發射模塊F04E 組成。主要功能是檢測酒精含量，判斷其是否超標，向接收部分發送信號。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 轉換電路。酒精探頭選用QM- J3 氣敏傳感器，該元件是以復合金屬氧化物為主體材料的N 型半導體。呼氣時，一旦該元件接觸乙醇蒸汽，其電導率隨氣體濃度增加而迅速升高，使得產生的電壓信號也隨之增大。將電壓信號經檢波、放大電路以及A/ D 轉換電路轉換為數字量后，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。

　　2.1.2 呼氣判斷模塊

　　為防止駕駛員不呼氣而導致酒精探傳感器無法正確檢測到駕駛員體內真實的酒精含量而做出錯誤判斷，設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，并生成相應的信息碼發送給發射設備。

　　2.1.5 發射模塊

　　采用成熟的F04E 發射模塊，該模塊可以與單片機直連，將處理器給出的信息碼調制后無線發送給接收部分。

　　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，做出相應操作。收到錯誤碼，返回繼續檢測；收到超標碼，報警音提示，點火裝置斷開，汽車大燈亮，喇叭響；收到不超標碼，發出可行駛提示音，點火裝置打開。結構框圖如圖3 所示，可分為如下幾個模塊：