基于IAP15F2K61S2单片机的车载酒精智能报警系统设计

顾涵，徐健，张佳丽，颜川，石霞霞

（常熟理工学院 物理与电子工程学院，江苏 常熟 215500）

基于IAP15F2K61S2单片机的车载酒精智能报警系统设计

顾涵，徐健，张佳丽，颜川，石霞霞

（常熟理工学院 物理与电子工程学院，江苏 常熟 215500）

针对传统51单片机外围电路复杂，缺少灵活性等缺点，采用最新的IAP15F2K61S2单片机作为控制核心，设计了一种车载酒精智能报警系统.该系统采用双重检测方式通过对驾驶员呼出气体酒精浓度的检测来控制汽车的启动，同时具有语音报警、GSM短信提示、温度时间显示等功能.

IAP15F2K 61S2单片机；酒精；智能报警；设计

为避免酒后驾车现象的发生，交警通常用呼吸式酒精测试仪对驾驶员进行现场检测来检查驾驶员是否饮酒，由于警力所限，这种方法并不能有效的防止酒后驾车现象.因此本文设计了一种以IAP15F2K61S2单片机为控制核心，具有语音报警、GSM短信提示、温度时间显示等功能的车载酒精智能报警系统.

1 IAP15F2K61S2单片机和系统结构

IAP15F2K61S2单片机是STC最新生产的具有单时钟控制的单片机，指令代码完全兼容传统的51型，但速度快8-12倍，内部集成高精度R/C时钟[1]，5MHz～35MHz宽频设置，省掉外部晶振和外部复位电路，3路CCP/PWM/PCA，8路高速A/D转换（30万次/秒），通过SPI协议与从机进行通讯.

设计的车载酒精智能报警系统分为七个模块，如图1所示.采用8V的蓄电池供电，可利用太阳能电池板给蓄电池充电.采用1302时钟芯片和18b20温度传感器实现数据采集，并在液晶显示屏上显示.用MQ-3酒精传感器[2]制作的酒精检测模块对酒精浓度进行检测，检测数据传送至芯片处理.利用芯片自带的AD转换功能代替ADC转换芯片，对检测酒精的数据进行处理.采用12864液晶显示屏显示时间、温度和当前空气中的酒精含量等信息.采用ISD1700语音模块播放音频信息，包含报警信息及人性化的语音提示.利用芯片

串口控制三频段GSM/GPRS无线模块[3]的短信收发，实现远距离报警，及时向家人和管理部门传递报警信息.

2 系统硬件设计

整个系统的设计分为硬件和软件两部分，硬件部分主要包括温度时钟模块、酒精检测模块、语音报警模块和GSM模块.

2.1 温度时钟模块

采用18b20温度传感器实现对外界温度的检测，18b20温度传感器具有独特的一线通信接口，无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0-5.5 V[4]，无需备用电源，测量温度范围为-55-+ 125℃（67-257℃）[5-6]，测量精度为±0.5℃，分辨率为9-12位，温度转换采用12位数字格式.电路如图2所示，芯片的2引脚和单片机的P54口相连，实现数据传输.

时间显示采用美国DALLAS公司推出的低功耗实时时钟芯片DS1302实现，可以对年、月、日、时、分、秒进行自动计时，具有闰年补偿、时间设置功能.与单片机相连采用三线通信，DS1302的连接电路如图2所示，其中VCC1为主电源，VCC2为备用电源，在主电源关闭的情况下也能保证时钟的连续运行，DS1302由双电源中电压较大者供电.芯片外接32.768 KHz晶振，内部寄存器会对时间进行自动加减，从而可节省单片机的硬件资源.

2.2 酒精检测模块

酒精检测模块电路原理如图3所示，该模块不仅可以输出模拟量，还可以由组成比较器电路的滑动变阻器来设定阀值，高于阀值就会输出高电平点亮LED灯.MQ-3气体传感器有6个针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流.LM393是由两个独立的、高精度电压比较器组成的集成电路，失调电压低，最低为2.0 mV，专为获得宽电压范围、单电源供电而设计，也可以用双电源供电，电源电流低.即使采用单电源供电，比较器的共模输入电压范围也接近低电平.LM393被设计成能直接连接TTL和CMOS，当用双电源供电时，它能兼容MOS逻辑电路，这是低功耗LM393相较于标准比较器的独特优势.

2.3 语音报警模块

语音报警模块采用ISD1700芯片，设计模块如图4所示，该芯片采用双运作模式，具有定制音效信息、自动控制增益和麦克风前置放大等功能.单片机通过四线（SCLK，MOSI，MOSO，/SS）SPI协议与ISD1700进行串行通信，ISD1700作为从机，几乎所有的操作都可以通过SPI协议来完成.为了兼容独立按键模式，一些SPI命令如PLAY，REC，ERASE，FWD，RESET等的运行类似于相应独立按键模式的操作，也可以通过直接控制PLAY（播放）和FWD（快进）等引脚稍作延迟，芯片录音可通过SP+和SP-引脚外接扬声器播放声音.

2.4 GSM模块

GSM模块（见图5）采用华为GTM900-B，GTM900-B无线模块支持三频段GSM/GPRS，采用标准的AT及增强命令，能提供丰富的语音和数据业务功能，是高速数据传输等应用的理想选择.模块采用串口通讯方式和单片机进行通讯，单片机通过串口发送相应的AT指令[7]来实现对该模块的控制.设计中，单片机通过GSM短信息AT指令控制模块，如读取SIM卡的短消息内容，删除短消息内容，列出手机中还未读的短消息等.指令的执行过程需要单片机与模块交互应答完成，每一次发送或接收的字节数需依据协议规定来实现数据交换.

3 系统软件设计

3.1 系统总体流程

系统总体流程如图6所示，首先由酒精模块对酒精浓度进行检测，如果检测到酒精就把反馈信号传递给单片机，由IAP15F2K61S2单片机控制模块完成对数据的转换和处理，之后输出控制信号驱动语音报警、短信收发、液晶显示和模拟小车模块的工作.其中单片机控制和酒精检测模块程序的设计是核心，太阳能充电作为辅助模块为整个系统提供电源.

3.2 酒精检测流程

系统酒精检测流程如图7所示，整个控制流程分为数据检测、数据处理和结果显示三部分.在具体编程时，要考虑酒精检测时的零点漂移，同时要结合测量的精度要求，对数据进行转化和处理，最后驱动ISD1700芯片组成的语音报警模块报警，酒精检测结果由12864液晶屏显示.

4 功能测试

为了检验设计效果，在完成硬件电路的设计仿真及程序的编译调试后，设计了相关实验测试模块功能，最后制作完成了车载酒精智能报警系统.图8给出了酒精含量检测和短信报警提示的功能演示效果，部分模块功能图示难以演示，这边没有一一列举，比如语音报警、太阳能充电等功能.从图中可知酒精含量检测和短信报警提示功能实现效果良好，说明系统总体设计是可行的.

5 结语

基于最新IAP15F2K61S2单片机外围电路简单，灵活性好和性价比高等优势，采用该单片机作为控制核心设计实现了一种车载酒精智能报警系统.该系统具有温度时间显示、语音报警、GSM短信提示和太阳能供电等功能，酒精浓度检测采用双重检测方式，智能化程度较高，有着良好的推广价值和实际应用前景.

[1]杨子文.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011：6.

[2]李琳，李爱传.酒精浓度测试仪的设计[J].黑龙江科技信息，2011，31（8）：4-6.

[3]郑明惠.温室环境数字化监测仪表的设计与研制[J].计算机测量与控制，2010，25（6）：12.

[4]杨明.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2011：39.

[5]夏明娜，高玉芝.单片机系统设计及应用[M].北京：北京理工大学出版社，2011：154.

[6]方旭明，何蓉.短距离无线与移动通信网络[M].北京：人民邮电出版社，2012：123.

[7]薛峰，朱晓骏.单片机原理及应用[M].北京：北京理工大学出版社，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年常熟理工学院校级科研项目“基于IAP15F2K 61S2单片机的车载智能酒精报警系统研制”（QT1314）

顾涵，实验师，硕士，研究方向：集成电路设计，E-mail∶guhan@cslg.cn.