安徽省阜陽師范學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院　王中心　王亞偉　張　文　王東方

基于單片機的汽車酒駕警示系統(tǒng)設(shè)計

安徽省阜陽師范學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院王中心王亞偉張文王東方

采用STC系列單片機，利用其內(nèi)部集成的AD模塊對酒精傳感器MQ-3輸出的模擬信號進行采集，把采集得到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為血液酒精濃度后在液晶屏顯示；一旦血液酒精濃度大于設(shè)定值則采用語音模塊對酒駕者進行語音警示，同時必要時可以給出警示后切斷汽車點火電路，以減少酒駕對社會危害。

單片機；酒精濃度傳感器；數(shù)據(jù)采集；酒駕

1　前沿

隨著汽車保有量的不斷提升及人們生活水平的提高，越來越多人的日常出行離不開汽車；隨之而來的是越來越多的交通事故不斷發(fā)生，特別是酒后駕駛，更易造成大的傷亡事故，這一現(xiàn)象已經(jīng)成為影響我國社會和諧發(fā)展的重要因素。如何減少酒后駕駛所引起的各類事故，已經(jīng)成為公安、司法部門工作的重要事務(wù)。為做到更好的事前預(yù)防，本設(shè)計從技術(shù)角度，通過該系統(tǒng)對酒駕者進行語音警醒，或更進一步切斷汽車點火電路，從而減少酒駕事故的發(fā)生。

2　汽車酒駕警示系統(tǒng)整體設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計核心單元采用STC單片機12C5A60S2，該單片機片內(nèi)集成高精度AD模塊及SPI接口，可以簡化整個系統(tǒng)設(shè)計。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1　汽車酒駕預(yù)警系統(tǒng)整體設(shè)計框圖

系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機內(nèi)部集成的AD轉(zhuǎn)換模塊對酒精傳感器輸出的模擬信號進行AD轉(zhuǎn)換，通過軟件查表方式換算出酒駕者呼出氣體中所含酒精濃度，進而再換算成酒駕者血液中酒精濃度，然后通過液晶屏顯示出來，同時采用語音模塊播報采集結(jié)果，并對酒駕者進行語音警示告誡；一旦酒精濃度大于設(shè)定數(shù)值，則直接切斷汽車點火電路；系統(tǒng)可以設(shè)定每次采集酒精濃度的時間間隔及一旦切斷點火電路后的再次接通時間間隔。

3　汽車酒駕警示系統(tǒng)硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)硬件部分以STC12C5A60S2單片機為核心，采用MQ-3高靈敏度酒精傳感器模塊進行酒精濃度測量，采用WT588D-U語音模塊進行語音播放以對酒駕者進行警醒提示，當(dāng)酒精濃度達(dá)到一定數(shù)值，采用繼電器切斷汽車發(fā)動機點火電路。

3.1核心控制模塊STC12C5A60S2

STC12C5A60S2是深圳宏晶科技推出的一款高性能單片機產(chǎn)品，該單片機速度快，比普通51單片機快6-12倍，集成2-3個串口，2路CCP/PCA/PWM，8路10位的高速A/D模塊，片內(nèi)集成大容量EEPROM及RAM，集成SPI高速同步串口，片內(nèi)集成時鐘電路，通用IO口具有多種工作模式，由于集成功能模塊較多，便于簡化系統(tǒng)設(shè)計。

3.2酒精傳感器模塊

酒精濃度測量采用MQ-3傳感器，該傳感器線性輸出0V-5V的電壓，氣體酒精濃度越高，其模擬輸出端Aout輸出電壓越高，且具有良好的線性比例關(guān)系；該型傳感器靈敏度高，有快速響應(yīng)和恢復(fù)特性，長壽命且工作穩(wěn)定；應(yīng)用電路簡單。

3.3語音模塊

語音播放模塊采用的是WT588D-U語音模塊。該語音模塊應(yīng)用范圍廣，幾乎可以用到所有的語音場所，如報站器、報警器、學(xué)習(xí)機、智能家電、電子玩具、倒車?yán)走_(dá)等各種自動播報語音場所。該模塊使用簡單，可以通過SPI接口與單片機通訊；內(nèi)置13Bit/DA轉(zhuǎn)換器，以及12Bit/PWM音頻處理，確保高品質(zhì)語音輸出；支持加載6K～22KHz采樣率WAV音頻；PWM輸出可直接推動0.5W/8Ω揚聲器，推挽電流充沛；支持DAC/PWM兩種輸出方式。

WT588D-U語音模塊采用三線制與主控單片機STC12C5A60S2通訊。三線串口控制模式由片選CS、時鐘CLK和數(shù)據(jù)DATA腳組成，時序仿照標(biāo)準(zhǔn)SPI通信方式，片選信號CS先拉低5ms以喚醒語WT588D-U語音模塊，接收數(shù)據(jù)低位在先，在時鐘的上升沿接收數(shù)據(jù)。時鐘周期介于100us～2ms之間。其與單片機之間連接如圖2所示。其中DATA即STC12C5A60S2的P1.5引腳；CS即STC12C5A60S2的P1.4引腳；CLK即STC12C5A60S2的P1.7引腳。

圖2　WT588D-U語音模塊采用三線制與單片機通訊

3.4液晶顯示模塊

液晶顯示模塊采用的是LCD1602，它是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示32個字符。工作電壓為3V或5V，對比度可調(diào)，內(nèi)含有復(fù)位電路。LCD的電路圖如圖3所示。

LCD顯示屏內(nèi)建有192個5*7點陣的字符型的字符發(fā)生器。它提供多種不同命令，如：字符閃爍、光標(biāo)閃爍、移位顯示、清屏燈功能。它功耗低，體積小，顯示內(nèi)容豐富。

圖3　LCD的電路原理圖

4　汽車酒駕警示系統(tǒng)軟件設(shè)計

整個軟件系統(tǒng)主要由酒精濃度檢測模塊、WT588D播放控制程序模塊及液晶顯示模塊構(gòu)成。關(guān)于DS1602顯示程序模塊，較為常見，此處不做介紹。

4.1酒精濃度檢測程序模塊

STC12C5A60S2的AD轉(zhuǎn)換口在P1口（P1.0～P1.7），共八個AD轉(zhuǎn)換口，在此選擇沒有使用過的P1.0口線接酒精傳感器MQ-3的模擬輸出口，進行AD轉(zhuǎn)換，不需要作為AD轉(zhuǎn)換的口可繼續(xù)作為一般IO口使用。本程序模塊主要對P1口模擬功能控制寄存器（P1ASF）、A/D轉(zhuǎn)換控制寄存器（ADC-CONTR）、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器（ADC-RES、ADC-RESL）、中斷允許寄存器（IE）、中斷優(yōu)先級控制寄存器（IP、IPH）及輔助寄存器1（AUXR1）進行初始化。初始化完畢則啟動AD轉(zhuǎn)換，讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果及處理。

4.2WT588D語音播放控制程序模塊

本系統(tǒng)單片機對語音模塊WT588D的控制采用的是三線串口控制模式，分別由片選CS，數(shù)據(jù)DATA，時鐘CLK，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SPI通訊時序進行通信控制，芯片（模塊）I/O分配見圖2。SPI通訊時序圖如圖4所示。

語音及命令對應(yīng)表如表1所示。通訊過程由函數(shù)Send_threeline（unsigned char addr）完成。模塊播放的酒駕警示語句事先按地址通過上位機軟件注入。

圖4　三線串口控制時序圖

表1　語音及命令對應(yīng)表

5　系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試表明，一旦酒駕者進入駕駛艙，汽車系統(tǒng)供電，這時，酒駕警示系統(tǒng)將開始工作。一旦測出酒駕者血液酒精濃度大于設(shè)置值，則在液晶屏顯示測試結(jié)果的同時，對酒駕者進行語音警示；一旦達(dá)到醉駕標(biāo)準(zhǔn)，則進行語音警示的同時，直接切斷汽車點火電路。

［1］崔國麗，車喜龍.基于STC12C5A60S2與AD620的小信號采集系統(tǒng)［J］.電子設(shè)計工程，2012，11：112-114.

［2］何諧，唐大權(quán)，張淑廷，陳雪.一種基于51單片機的音樂播放器的設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，16：11-13+17.

［3］楊艦，紀(jì)綠彬.基于STC12C5A60S2的U盤音頻播放器設(shè)計［J］.電子科技，2011，10：24-27.

［4］王春武，劉春玲，秦政坤，王廣德，王立忠.基于WT588D模塊的語音播報系統(tǒng)設(shè)計［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2012，01：115-117+121.

［5］齊現(xiàn)英，付海鴻，魯雯，韓豐談，徐惠.基于WT588D的高頻X線機智能語音提示系統(tǒng)設(shè)計［J］.中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2012，03：3397-3400.

［6］徐娟娟，趙建平.WT588D在汽車遠(yuǎn)程防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電氣自動化，2012，04：85-87.

王中心（1976—），男，安徽渦陽人，碩士，講師，主要從事計算機應(yīng)用方面的研究。

安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（AH201310371072）；國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（AH201310371021）；安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（AH201310371068）；阜陽師范學(xué)院自然科學(xué)項目（2016FSKJ17）資助。