基于MSP430的车载防醉驾安全系统设计

 自2011年5月1日起,刑法修正案(八)和修改后的《道路交通安全法》正式实施,醉酒驾车将被追究刑事责任。随着醉驾被以危险驾驶罪判处拘役的真正实施,媒体和社会各界对醉驾入刑问题更为关注。各个国家对有关酒精测试的仪器种类繁多,但因没有安装在汽车内部,而只能由交警手持仪器定点一对一地抽查,使得醉驾检查实施的范围狭窄,无法主动消除这一危险驾车行为,也就不能完全杜绝醉驾所引发的交通事故。

因此希望设计一款车载防醉驾安全系统,此车载防醉驾控制系统的设计分为两部分,其中酒精浓度检测判断部分安装在汽车方向盘附近,以便驾车人呼气检测;第二部分是酒精浓度超标控制点火部分,这部分电路与汽车点火器相连,控制点火和报警电路。这样就可以实现全范围的主动禁止醉驾。

1 系统设计方案

本设计的工作原理是当司机发动汽车时,指示灯亮提示用户装置启动,提示司机必须首先对酒精传感器呼气,该气体经传感器、检波放大和AD转换等处理后,输入到主控

芯片中进行判断,如果超过阈值电压,则蜂鸣器发声则无法启动步进电机,也就意味汽车发动机无法点火,此时语音报警电路会启动报警。反之,如果测试酒精含量没有超标,则显示器提示酒精浓度正常,汽车可正常打火启动。如图1所示为该系统的总体原理框图。

基于MSP430的车载防醉驾安全系统设计

2 硬件电路的设计

系统的核心控制模块是美国TI公司的MSP430F149,该芯片的亮点在于低功耗,片上外围模块丰富,系统工作稳定,符合现代环保的理念;特别是该芯片自带10位和12位ADC转换,使用方便,完全满足现实生活中驾车的实际要求。

1)酒精浓度采集

酒精浓度采集输入端选用酒精浓度传感器MQK2器件。它采用烧结半导体形成的敏感烧结体,该制作工艺保证了其长期工作的稳定性;对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性,信噪比高且功耗低;这些特点都符合司机自测醉驾操作需求。

MQK2主要由气敏器件和电阻丝组成,VH接5 V加热电压,能将电阻丝加热到270~300℃;Vc接工作电压(范围5—24 V);本系统外接电压取+5 V,取样电阻RL=2 kΩ,这样经图2电路就可将MQK2传感器的阻值变化转化成输出电压的变化,从而可以通过MSP430F149内部的A/D器转换成数字量供单片机处理。

基于MSP430的车载防醉驾安全系统设计

考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量,传感器输出的是0~3.3 V的电压且压值稳定,因酒精传感器输出的电压范围为3~5 V,所以不能直接将酒精传感器输出值直接给单片机。由文献可见酒精含量与酒精传感器检测后产生的电压信号成线性比例关系,故可选择用一个通用的比例电路转化到单片机电压范围。此设计电路中用滑动变阻器代替酒精传感器,就可直接把传感器输入的模拟量用滑动变阻器电压输入的变化送人单片机,由此得到的酒精浓度和电压的一一对应关系。

2)电机驱动和报警模块

当酒精含量超标时,用蜂鸣器和一个8550三极管来驱动提示司机酒驾。指示灯是一个发光二极管接至单片机,加1~2 kΩ电阻限流。当酒驾时单片机的输出口P6.7置1,同时8550三极管放大单片机的电流来驱动蜂鸣器。而当正常使用时用输出口p5.0置1,再加一个限流电阻,防止电流过高而烧坏二极管。

这里用步进电机代替现实中汽车的点火,步进电机转动就意味汽车的发动机启动,反之则汽车不能启动。因单片机输出电流无法驱动电机,所以需要用驱动模块来驱动电机。基于理论分析和实际情况拟定选择步进电机和LN298作为硬件电路。

综上所述,系统用LCD12864显示模块提供人机交互的界面,ADC转换模块进行模数信号转换;数据处理模块用于在12864屏上显示检测信息,并和输入的模拟量对应;电机驱动和报警模块负责当输入的模拟量过高时,报警提示用户,并显示酒精含量的相关信息;或输入模拟量没标时提示用户可正常打火总体。

3)主要元器件

综上对硬件的描述,本设计中所用的主要元器件及其参数如表1所示。

基于MSP430的车载防醉驾安全系统设计

3 软件设计

系统主程序流程图及编译成功截如图3和4所示。系统上电后要对各模块进行初始化设置,判断是否发出声音和光报警,同时将计算所得酒精浓度值送LCD12864显示。

基于MSP430的车载防醉驾安全系统设计

4 实物调试电路

如图5整个电路由两部分电路组成:MSP430F149系统板上的硬件资源(LCD12864显示屏、蜂鸣器、发光二极管等)和一块电机的驱动模块电路(LN298的驱动模块和直流电机)。

当单片机上电时,12864显示屏显示欢迎(如图6左图),当酒精含量高于设定值时,图6中显示醉驾信息,同时电机就被禁止也就意味着发电机的点火装置被静止。若判断酒精含量正常则提示可以安全驾驶车(如图6右图)。

基于MSP430的车载防醉驾安全系统设计
基于MSP430的车载防醉驾安全系统设计

5 结束语

该系统对车载防醉驾安全控制系统进行了的软硬件电路设计,并对基于32位低功耗主控芯片MSP430为核心芯片的试验性电路进行了软硬件联合调试,证明了设计电路的可行性和正确性。该硬件电路简单且成本低廉,软件设计模块化便于调试,具有一定的扩展和应用价值。但车载醉酒禁驾系统与人的主观能动性关系密切,如何智能识别酒精传感器接收到的气体是否为将要驾车本人所呼出,这方面还需做进一步研究。

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发布日期:2019年03月10日  所属分类:汽车电子