基于单片机的汽车酒驾警示系统设计

安徽省阜阳师范学院计算机与信息工程学院　王中心　王亚伟　张　文　王东方

基于单片机的汽车酒驾警示系统设计

安徽省阜阳师范学院计算机与信息工程学院王中心王亚伟张文王东方

采用STC系列单片机，利用其内部集成的AD模块对酒精传感器MQ-3输出的模拟信号进行采集，把采集得到的数字信号转换为血液酒精浓度后在液晶屏显示；一旦血液酒精浓度大于设定值则采用语音模块对酒驾者进行语音警示，同时必要时可以给出警示后切断汽车点火电路，以减少酒驾对社会危害。

单片机；酒精浓度传感器；数据采集；酒驾

1　前沿

随着汽车保有量的不断提升及人们生活水平的提高，越来越多人的日常出行离不开汽车；随之而来的是越来越多的交通事故不断发生，特别是酒后驾驶，更易造成大的伤亡事故，这一现象已经成为影响我国社会和谐发展的重要因素。如何减少酒后驾驶所引起的各类事故，已经成为公安、司法部门工作的重要事务。为做到更好的事前预防，本设计从技术角度，通过该系统对酒驾者进行语音警醒，或更进一步切断汽车点火电路，从而减少酒驾事故的发生。

2　汽车酒驾警示系统整体设计

本系统设计核心单元采用STC单片机12C5A60S2，该单片机片内集成高精度AD模块及SPI接口，可以简化整个系统设计。系统原理框图如图1所示。

图1　汽车酒驾预警系统整体设计框图

系统采用STC12C5A60S2单片机内部集成的AD转换模块对酒精传感器输出的模拟信号进行AD转换，通过软件查表方式换算出酒驾者呼出气体中所含酒精浓度，进而再换算成酒驾者血液中酒精浓度，然后通过液晶屏显示出来，同时采用语音模块播报采集结果，并对酒驾者进行语音警示告诫；一旦酒精浓度大于设定数值，则直接切断汽车点火电路；系统可以设定每次采集酒精浓度的时间间隔及一旦切断点火电路后的再次接通时间间隔。

3　汽车酒驾警示系统硬件构成

本系统硬件部分以STC12C5A60S2单片机为核心，采用MQ-3高灵敏度酒精传感器模块进行酒精浓度测量，采用WT588D-U语音模块进行语音播放以对酒驾者进行警醒提示，当酒精浓度达到一定数值，采用继电器切断汽车发动机点火电路。

3.1核心控制模块STC12C5A60S2

STC12C5A60S2是深圳宏晶科技推出的一款高性能单片机产品，该单片机速度快，比普通51单片机快6-12倍，集成2-3个串口，2路CCP/PCA/PWM，8路10位的高速A/D模块，片内集成大容量EEPROM及RAM，集成SPI高速同步串口，片内集成时钟电路，通用IO口具有多种工作模式，由于集成功能模块较多，便于简化系统设计。

3.2酒精传感器模块

酒精浓度测量采用MQ-3传感器，该传感器线性输出0V-5V的电压，气体酒精浓度越高，其模拟输出端Aout输出电压越高，且具有良好的线性比例关系；该型传感器灵敏度高，有快速响应和恢复特性，长寿命且工作稳定；应用电路简单。

3.3语音模块

语音播放模块采用的是WT588D-U语音模块。该语音模块应用范围广，几乎可以用到所有的语音场所，如报站器、报警器、学习机、智能家电、电子玩具、倒车雷达等各种自动播报语音场所。该模块使用简单，可以通过SPI接口与单片机通讯；内置13Bit/DA转换器，以及12Bit/PWM音频处理，确保高品质语音输出；支持加载6K～22KHz采样率WAV音频；PWM输出可直接推动0.5W/8Ω扬声器，推挽电流充沛；支持DAC/PWM两种输出方式。

WT588D-U语音模块采用三线制与主控单片机STC12C5A60S2通讯。三线串口控制模式由片选CS、时钟CLK和数据DATA脚组成，时序仿照标准SPI通信方式，片选信号CS先拉低5ms以唤醒语WT588D-U语音模块，接收数据低位在先，在时钟的上升沿接收数据。时钟周期介于100us～2ms之间。其与单片机之间连接如图2所示。其中DATA即STC12C5A60S2的P1.5引脚；CS即STC12C5A60S2的P1.4引脚；CLK即STC12C5A60S2的P1.7引脚。

图2　WT588D-U语音模块采用三线制与单片机通讯

3.4液晶显示模块

液晶显示模块采用的是LCD1602，它是一种工业字符型液晶，能够同时显示32个字符。工作电压为3V或5V，对比度可调，内含有复位电路。LCD的电路图如图3所示。

LCD显示屏内建有192个5*7点阵的字符型的字符发生器。它提供多种不同命令，如：字符闪烁、光标闪烁、移位显示、清屏灯功能。它功耗低，体积小，显示内容丰富。

图3　LCD的电路原理图

4　汽车酒驾警示系统软件设计

整个软件系统主要由酒精浓度检测模块、WT588D播放控制程序模块及液晶显示模块构成。关于DS1602显示程序模块，较为常见，此处不做介绍。

4.1酒精浓度检测程序模块

STC12C5A60S2的AD转换口在P1口（P1.0～P1.7），共八个AD转换口，在此选择没有使用过的P1.0口线接酒精传感器MQ-3的模拟输出口，进行AD转换，不需要作为AD转换的口可继续作为一般IO口使用。本程序模块主要对P1口模拟功能控制寄存器（P1ASF）、A/D转换控制寄存器（ADC-CONTR）、A/D转换结果寄存器（ADC-RES、ADC-RESL）、中断允许寄存器（IE）、中断优先级控制寄存器（IP、IPH）及辅助寄存器1（AUXR1）进行初始化。初始化完毕则启动AD转换，读取AD转换结果及处理。

4.2WT588D语音播放控制程序模块

本系统单片机对语音模块WT588D的控制采用的是三线串口控制模式，分别由片选CS，数据DATA，时钟CLK，根据标准SPI通讯时序进行通信控制，芯片（模块）I/O分配见图2。SPI通讯时序图如图4所示。

语音及命令对应表如表1所示。通讯过程由函数Send_threeline（unsigned char addr）完成。模块播放的酒驾警示语句事先按地址通过上位机软件注入。

图4　三线串口控制时序图

表1　语音及命令对应表

5　系统测试

系统测试表明，一旦酒驾者进入驾驶舱，汽车系统供电，这时，酒驾警示系统将开始工作。一旦测出酒驾者血液酒精浓度大于设置值，则在液晶屏显示测试结果的同时，对酒驾者进行语音警示；一旦达到醉驾标准，则进行语音警示的同时，直接切断汽车点火电路。

［1］崔国丽，车喜龙.基于STC12C5A60S2与AD620的小信号采集系统［J］.电子设计工程，2012，11：112-114.

［2］何谐，唐大权，张淑廷，陈雪.一种基于51单片机的音乐播放器的设计［J］.现代电子技术，2014，16：11-13+17.

［3］杨舰，纪绿彬.基于STC12C5A60S2的U盘音频播放器设计［J］.电子科技，2011，10：24-27.

［4］王春武，刘春玲，秦政坤，王广德，王立忠.基于WT588D模块的语音播报系统设计［J］.电子技术应用，2012，01：115-117+121.

［5］齐现英，付海鸿，鲁雯，韩丰谈，徐惠.基于WT588D的高频X线机智能语音提示系统设计［J］.中国医学物理学杂志，2012，03：3397-3400.

［6］徐娟娟，赵建平.WT588D在汽车远程防盗系统中的应用［J］.电气自动化，2012，04：85-87.

王中心（1976—），男，安徽涡阳人，硕士，讲师，主要从事计算机应用方面的研究。

安徽省大学生创新创业训练项目（AH201310371072）；国家大学生创新创业训练项目（AH201310371021）；安徽省大学生创新创业训练项目（AH201310371068）；阜阳师范学院自然科学项目（2016FSKJ17）资助。