车载多传感器监测与报警系统

华红艳，苏歌唱，张彦斌，郭云云，桂其昌

（郑州航空工业管理学院，郑州450015）

0 引言

随着我国经济的高速发展，汽车已逐步进入每一个家庭。由此而带来的一系列诸如酒后驾驶检测、安全倒车与转向等问题越来越引起人们的重视。随着检测技术与电子产品日新月异的发展，传感器在汽车安全检测报警系统中的重要性愈加明显。一些新型的智能传感器在汽车安全领域得到了应用，促进了汽车技术的不断发展。本文研究设计了一种用于车载的具有监测及超限报警功能的多传感器监测系统。该系统能够实现驾驶室酒精浓度、车体倾角和车与车之间距离的实时监测，具有液晶显示、语音提示功能，并基于GSM全球移动网络系统同时向目标手机发送短信报警，只要在GSM网络覆盖的地区就能接收到报警信息，相对于传统的报警方式而言，具有无距离限制、应用范围广等优点。

1 整体系统设计

该车载传感器检测与报警系统采用了STC12C5A60S2单片机芯片和MQ-3气体传感器，MMA7361加速度倾角模块，HC-SR04超声波测距模块，WT588D语音芯片及SIM900A模块，能够自动检测车内乙醇浓度是否超标，判断车子是否在前行、车身倾斜角度，在倒车时能够检测出车尾与后方障碍物的距离，弥补后视盲区。SIM900A模块的作用是当驾驶人不符合安全驾驶时除及时提醒司机本人外，还可以自动发送短信通知其家人或相关管理人员，避免事故的发生。各传感器的检测信号经A/D转换后由单片机进行处理，然后通过液晶屏显示，并伴有语音提示。本系统整体框架结构如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 单片机控制的LCD显示电路

STC12C5A60S2单片机是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，且速度快8～12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)。内部资源丰富，可接受多路传感器的A/D信号。液晶LCD1602能够同时显示32个字符，而且内部自带CGRAM，操作控制简单，并且能同时显示多个传感器监测到的参数，满足本设计要求。单片机与LCD显示电路如图2所示。

2.2 超声波测距

本设计采用HC-SR04超声波测距模块，HCSR04超声波测距模块可提供2～400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。此模块采用I/O口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号；模块自动发送8个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间×声速(340M/S))/2。

2.3 酒精浓度超标预警

MQ-3气体传感器对乙醇蒸气有很高的灵敏度和良好的选择性，可用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测。MQ两端的输出电压值经过电压比较器后，就可以知道车厢内乙醇的浓度是否超过设定值，若超标则语音提示并采取一定的控制措施。检测电路如图3所示。路

2.4 倾角传感器

车身倾斜角度测量的目的是为了避免汽车侧翻，当汽车颠簸过大或倾斜达到一定限度时，提醒司机注意操控汽车，减小车身倾斜角度，避免汽车侧翻。车身倾斜角度测量使用MMA7361加速度倾角模块，MMA7361LC 3轴小量程加速传感器是检测物件运动和方向的传感器，它根据物件运动和方向改变输出信号的电压值。如果沿着某一个方向活动，或者受到重力作用，输出电压就会根据其运动方向以及设定的传感器灵敏度而改变其输出电压。用单片机的AD转换器读取X,Y,Z三个方向的输出信号就可以检测其运动和方向。该模块如图4所示。

2.5 语音报警电路

WT588D语音芯片拥有220段可控地址位，单个地址位最多可加载128段语音，本次采用WT588D为主控芯片的语音报警模块，若对应的参数达到系统预设值，该模块发出相应的提示音，司机便可以根据提示采取措施。

2.6 GSM模块

GSM模块选用SIM900A模块，此SIM900A采用ARM926EJ-S架构,性能强大，可以内置应用程序。本系统中此模块作用主要是当系统测得的酒精浓度超过预设值时，若驾驶人员仍然强行开车，则单片机使SIM900A模块发送一条短信给指定的手机，通知其家人或其他管理人员,减少酒驾事故的发生。

2.7 电源电路

单片机对供电的要求是4.75～5.25V。本系统电源模块采用9V电源，然后通过78L05稳压到5V，SIM900A模块的供电部分采用供电为3.5～4.5V 1.5A以上的直流电源模块单独供电，防止干扰单片机正常工作。

3 系统软件设计

本设计的程序设计的框架如图6所示，为方便编程，设计采用模块化的思想。

4 结论与展望

本文基于单片机设计了一种用于车载的多传感器监测与报警系统。由单片机自带8路高速A/D转换，可接受多路传感器的信号，减少了外围元件，使得硬件设计简单，电路可靠性高；单片机通过对车上各种参数的实时监测反映到显示屏上，并具有语音报警提示，便于司机实时了解汽车的情况，提高了汽车的运行安全性；程序采用模块化编程，使得编程、调试快捷简单；无线通信GSM模块将一些重要信息发送相关人员手机，便于其他人员了解与监督司机及汽车实时状况，也便于管理交通运输系统。本设计系统的采用，将有效降低酒驾事故的发生，也有助于降低交通事故。

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