顧涵，徐健，張佳麗，顏川，石霞霞

（常熟理工學院 物理與電子工程學院，江蘇 常熟 215500）

基于IAP15F2K61S2單片機的車載酒精智能報警系統(tǒng)設計

顧涵，徐健，張佳麗，顏川，石霞霞

（常熟理工學院 物理與電子工程學院，江蘇 常熟 215500）

針對傳統(tǒng)51單片機外圍電路復雜，缺少靈活性等缺點，采用最新的IAP15F2K61S2單片機作為控制核心，設計了一種車載酒精智能報警系統(tǒng).該系統(tǒng)采用雙重檢測方式通過對駕駛員呼出氣體酒精濃度的檢測來控制汽車的啟動，同時具有語音報警、GSM短信提示、溫度時間顯示等功能.

IAP15F2K 61S2單片機；酒精；智能報警；設計

為避免酒后駕車現(xiàn)象的發(fā)生，交警通常用呼吸式酒精測試儀對駕駛員進行現(xiàn)場檢測來檢查駕駛員是否飲酒，由于警力所限，這種方法并不能有效的防止酒后駕車現(xiàn)象.因此本文設計了一種以IAP15F2K61S2單片機為控制核心，具有語音報警、GSM短信提示、溫度時間顯示等功能的車載酒精智能報警系統(tǒng).

1 IAP15F2K61S2單片機和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

IAP15F2K61S2單片機是STC最新生產(chǎn)的具有單時鐘控制的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的51型，但速度快8-12倍，內(nèi)部集成高精度R/C時鐘[1]，5MHz～35MHz寬頻設置，省掉外部晶振和外部復位電路，3路CCP/PWM/PCA，8路高速A/D轉(zhuǎn)換（30萬次/秒），通過SPI協(xié)議與從機進行通訊.

設計的車載酒精智能報警系統(tǒng)分為七個模塊，如圖1所示.采用8V的蓄電池供電，可利用太陽能電池板給蓄電池充電.采用1302時鐘芯片和18b20溫度傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并在液晶顯示屏上顯示.用MQ-3酒精傳感器[2]制作的酒精檢測模塊對酒精濃度進行檢測，檢測數(shù)據(jù)傳送至芯片處理.利用芯片自帶的AD轉(zhuǎn)換功能代替ADC轉(zhuǎn)換芯片，對檢測酒精的數(shù)據(jù)進行處理.采用12864液晶顯示屏顯示時間、溫度和當前空氣中的酒精含量等信息.采用ISD1700語音模塊播放音頻信息，包含報警信息及人性化的語音提示.利用芯片

串口控制三頻段GSM/GPRS無線模塊[3]的短信收發(fā)，實現(xiàn)遠距離報警，及時向家人和管理部門傳遞報警信息.

2 系統(tǒng)硬件設計

整個系統(tǒng)的設計分為硬件和軟件兩部分，硬件部分主要包括溫度時鐘模塊、酒精檢測模塊、語音報警模塊和GSM模塊.

2.1 溫度時鐘模塊

采用18b20溫度傳感器實現(xiàn)對外界溫度的檢測，18b20溫度傳感器具有獨特的一線通信接口，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0-5.5 V[4]，無需備用電源，測量溫度范圍為-55-+ 125℃（67-257℃）[5-6]，測量精度為±0.5℃，分辨率為9-12位，溫度轉(zhuǎn)換采用12位數(shù)字格式.電路如圖2所示，芯片的2引腳和單片機的P54口相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸.

時間顯示采用美國DALLAS公司推出的低功耗實時時鐘芯片DS1302實現(xiàn)，可以對年、月、日、時、分、秒進行自動計時，具有閏年補償、時間設置功能.與單片機相連采用三線通信，DS1302的連接電路如圖2所示，其中VCC1為主電源，VCC2為備用電源，在主電源關閉的情況下也能保證時鐘的連續(xù)運行，DS1302由雙電源中電壓較大者供電.芯片外接32.768 KHz晶振，內(nèi)部寄存器會對時間進行自動加減，從而可節(jié)省單片機的硬件資源.

2.2 酒精檢測模塊

酒精檢測模塊電路原理如圖3所示，該模塊不僅可以輸出模擬量，還可以由組成比較器電路的滑動變阻器來設定閥值，高于閥值就會輸出高電平點亮LED燈.MQ-3氣體傳感器有6個針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流.LM393是由兩個獨立的、高精度電壓比較器組成的集成電路，失調(diào)電壓低，最低為2.0 mV，專為獲得寬電壓范圍、單電源供電而設計，也可以用雙電源供電，電源電流低.即使采用單電源供電，比較器的共模輸入電壓范圍也接近低電平.LM393被設計成能直接連接TTL和CMOS，當用雙電源供電時，它能兼容MOS邏輯電路，這是低功耗LM393相較于標準比較器的獨特優(yōu)勢.

2.3 語音報警模塊

語音報警模塊采用ISD1700芯片，設計模塊如圖4所示，該芯片采用雙運作模式，具有定制音效信息、自動控制增益和麥克風前置放大等功能.單片機通過四線（SCLK，MOSI，MOSO，/SS）SPI協(xié)議與ISD1700進行串行通信，ISD1700作為從機，幾乎所有的操作都可以通過SPI協(xié)議來完成.為了兼容獨立按鍵模式，一些SPI命令如PLAY，REC，ERASE，F(xiàn)WD，RESET等的運行類似于相應獨立按鍵模式的操作，也可以通過直接控制PLAY（播放）和FWD（快進）等引腳稍作延遲，芯片錄音可通過SP+和SP-引腳外接揚聲器播放聲音.

2.4 GSM模塊

GSM模塊（見圖5）采用華為GTM900-B，GTM900-B無線模塊支持三頻段GSM/GPRS，采用標準的AT及增強命令，能提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務功能，是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢玫睦硐脒x擇.模塊采用串口通訊方式和單片機進行通訊，單片機通過串口發(fā)送相應的AT指令[7]來實現(xiàn)對該模塊的控制.設計中，單片機通過GSM短信息AT指令控制模塊，如讀取SIM卡的短消息內(nèi)容，刪除短消息內(nèi)容，列出手機中還未讀的短消息等.指令的執(zhí)行過程需要單片機與模塊交互應答完成，每一次發(fā)送或接收的字節(jié)數(shù)需依據(jù)協(xié)議規(guī)定來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換.

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 系統(tǒng)總體流程

系統(tǒng)總體流程如圖6所示，首先由酒精模塊對酒精濃度進行檢測，如果檢測到酒精就把反饋信號傳遞給單片機，由IAP15F2K61S2單片機控制模塊完成對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理，之后輸出控制信號驅(qū)動語音報警、短信收發(fā)、液晶顯示和模擬小車模塊的工作.其中單片機控制和酒精檢測模塊程序的設計是核心，太陽能充電作為輔助模塊為整個系統(tǒng)提供電源.

3.2 酒精檢測流程

系統(tǒng)酒精檢測流程如圖7所示，整個控制流程分為數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示三部分.在具體編程時，要考慮酒精檢測時的零點漂移，同時要結(jié)合測量的精度要求，對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化和處理，最后驅(qū)動ISD1700芯片組成的語音報警模塊報警，酒精檢測結(jié)果由12864液晶屏顯示.

4 功能測試

為了檢驗設計效果，在完成硬件電路的設計仿真及程序的編譯調(diào)試后，設計了相關實驗測試模塊功能，最后制作完成了車載酒精智能報警系統(tǒng).圖8給出了酒精含量檢測和短信報警提示的功能演示效果，部分模塊功能圖示難以演示，這邊沒有一一列舉，比如語音報警、太陽能充電等功能.從圖中可知酒精含量檢測和短信報警提示功能實現(xiàn)效果良好，說明系統(tǒng)總體設計是可行的.

5 結(jié)語

基于最新IAP15F2K61S2單片機外圍電路簡單，靈活性好和性價比高等優(yōu)勢，采用該單片機作為控制核心設計實現(xiàn)了一種車載酒精智能報警系統(tǒng).該系統(tǒng)具有溫度時間顯示、語音報警、GSM短信提示和太陽能供電等功能，酒精濃度檢測采用雙重檢測方式，智能化程度較高，有著良好的推廣價值和實際應用前景.

[1]楊子文.單片機原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2011：6.

[2]李琳，李愛傳.酒精濃度測試儀的設計[J].黑龍江科技信息，2011，31（8）：4-6.

[3]鄭明惠.溫室環(huán)境數(shù)字化監(jiān)測儀表的設計與研制[J].計算機測量與控制，2010，25（6）：12.

[4]楊明.單片機原理及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：39.

[5]夏明娜，高玉芝.單片機系統(tǒng)設計及應用[M].北京：北京理工大學出版社，2011：154.

[6]方旭明，何蓉.短距離無線與移動通信網(wǎng)絡[M].北京：人民郵電出版社，2012：123.

[7]薛峰，朱曉駿.單片機原理及應用[M].北京：北京理工大學出版社，2011：68.

Design of Car Intelligent Alarm System for Monitoring Alcohol Based on IAP15F2K61S2 MCU

GU Han,XU Jian,ZHANG Jia-li,YAN Chuan,SHIXia-xia
(School of Physics and Electronic Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

Considering the complexity and the inflexibility of peripheral circuit of traditional 51 MCU,a novel car intelligent alarm system for monitoring alcohol is designed using the latest IAP15F2K 61S2 MCU.The two-fold detect is applied to control the start of the car according to the alcohol concentration.Furthermore, functionalities such as voice alarm,GSM message alert,display of time and temperature,solar powered,etc.are all available in the system.

IAP15F2K61S2 MCU;alcohol;intelligent alarm;design

TP206+.1

A

1008-2794（2014）04-0100-04

2013-02-19

2013年常熟理工學院校級科研項目“基于IAP15F2K 61S2單片機的車載智能酒精報警系統(tǒng)研制”（QT1314）

顧涵，實驗師，碩士，研究方向：集成電路設計，E-mail∶guhan@cslg.cn.