淺談車載酒精探測控制儀設計方案

本文提出了一種基于MSP430單片機的超低功耗酒精探測控制儀，該儀器安裝在汽車內，當駕駛人員進入駕駛室后，可以自動對酒精濃度進行探測，以確保行車的安全。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，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。

系統工作原理

系統采用超高靈敏度酒精傳感器，超低功耗單片機系統，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。該系統可放置在汽車儀表盤位置，當司機發動汽車時，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，同時正常指示燈亮起，控制繼電器不起作用，汽車隨之啟動;

反之，則進行聲光報警，控制繼電器切斷點火裝置電源，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。

圖1 系統總體結構

系統硬件設計

1 主控電路設計

本控制儀采用了美國德州儀器公司推出的16位超低功耗、高性能MSP430單片機系列中的MSP430FG4619。它在活動模式時僅350μA，口線輸入漏電流最大50nA;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。

酒精探測控制儀系統中MSP430FG4619用來判斷氣體中的酒精含量，控制整個控制儀的工作。系統主控電路如圖2所示，包含晶振電路、復位電路和JTAG接口電路等。

圖2 系統主控電路示意圖

2 酒精檢測電路

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，如圖3所示。主要功能是檢測酒精含量，判斷其是否超標。

圖3 酒精檢測電路圖

酒精傳感器采用旁熱型半導體式酒精氣敏元件MQ3，它對乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性，快速的響應恢復，長期的壽命和可靠的穩定性，探測范圍為10～1000ppm，尤其適用于酒后駕駛人員的檢測。

信號調理放大電路前級采用美信公司生產的高精密運放MAX4238來實現，它具有1pA的偏置電流，2μV的偏置電壓，超低溫漂，良好的性能。后級放大采用常用的OP07C運算放大來實現，濾波芯片采用美信公司生產的開關電容型引腳可編程集成濾波器MAX266來實現，具有比普通RC濾波電路更優異的性能。

A/D轉換采用MSP430FG4619IPZ自帶的12位、最大速率為200KSPS的ADC，它的電壓基準可以選擇為內部基準或者外部基準，節省了外部ADC芯片，大大簡化了硬件的設計，同時可以滿足精度的要求，因此非常適合于本系統的設計。