淺談車載酒精探測控制儀設(shè)計(jì)方案

本文提出了一種基于MSP430單片機(jī)的超低功耗酒精探測控制儀，該儀器安裝在汽車內(nèi)，當(dāng)駕駛?cè)藛T進(jìn)入駕駛室后，可以自動(dòng)對酒精濃度進(jìn)行探測，以確保行車的安全。系統(tǒng)可以根據(jù)檢測到的酒精含量是否超標(biāo)控制汽車點(diǎn)火器打開或者關(guān)閉，如果超標(biāo)，則駕駛?cè)藛T無法啟動(dòng)汽車，因此從根本上杜絕了酒后駕車的出現(xiàn)。該系統(tǒng)具有性價(jià)比高，智能化程度高，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用超高靈敏度酒精傳感器，超低功耗單片機(jī)系統(tǒng)，自動(dòng)探測酒精濃度的方法，可以防止駕駛?cè)藛T逃避檢測，以判斷駕駛員是否是酒后開車，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。該系統(tǒng)可放置在汽車儀表盤位置，當(dāng)司機(jī)發(fā)動(dòng)汽車時(shí)，探測控制儀啟動(dòng)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于被鎖狀態(tài)，汽車無法啟動(dòng)。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(jìn)行檢測。

由于酒精含量與酒精傳感器檢測后產(chǎn)生的電壓信號成特定的比例關(guān)系，因而可根據(jù)電壓信號進(jìn)行酒精含量的判斷。檢測到的信號經(jīng)過放大和濾波之后，通過單片機(jī)內(nèi)置的12位ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由單片機(jī)對此信號進(jìn)行處理判斷，假設(shè)酒精含量沒有超標(biāo)，LCD顯示屏幕顯示當(dāng)前酒精濃度，同時(shí)正常指示燈亮起，控制繼電器不起作用，汽車隨之啟動(dòng);

反之，則進(jìn)行聲光報(bào)警，控制繼電器切斷點(diǎn)火裝置電源，駕駛?cè)藛T無法啟動(dòng)汽車，從根本上實(shí)現(xiàn)控制酒后駕車。汽車啟動(dòng)后，控制儀隨即進(jìn)入低功耗狀態(tài)，只有酒精濃度探測電路一直工作，一旦駕駛?cè)藛T駕駛過程中飲酒，控制儀立即恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1 主控電路設(shè)計(jì)

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(jī)系列中的MSP430FG4619。它在活動(dòng)模式時(shí)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(wěn)定性方面都有明顯優(yōu)勢。

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

圖2 系統(tǒng)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(diào)理放大電路、濾波電路和單片機(jī)內(nèi)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(biāo)。

圖3 酒精檢測電路圖

酒精傳感器采用旁熱型半導(dǎo)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(yīng)恢復(fù)，長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性，探測范圍為10～1000ppm，尤其適用于酒后駕駛?cè)藛T的檢測。

信號調(diào)理放大電路前級采用美信公司生產(chǎn)的高精密運(yùn)放MAX4238來實(shí)現(xiàn)，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(yùn)算放大來實(shí)現(xiàn)，濾波芯片采用美信公司生產(chǎn)的開關(guān)電容型引腳可編程集成濾波器MAX266來實(shí)現(xiàn)，具有比普通RC濾波電路更優(yōu)異的性能。

A/D轉(zhuǎn)換采用MSP430FG4619IPZ自帶的12位、最大速率為200KSPS的ADC，它的電壓基準(zhǔn)可以選擇為內(nèi)部基準(zhǔn)或者外部基準(zhǔn)，節(jié)省了外部ADC芯片，大大簡化了硬件的設(shè)計(jì)，同時(shí)可以滿足精度的要求，因此非常適合于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。