基于STC89C52RC单片机的酒驾报警器设计
2023-07-20喜琍郭雷
喜琍 郭雷
摘要：全国经济迅速发展，汽车拥有者迅速攀升，道路交通安全造成危害比较大的当属酒驾。文章采用STC89C52RC作为主要芯片，选择MQ-3气体传感器作为酒精含量检测的传感器，将结果传输到单片机，当结果大于第一个设定值的5%时，车辆还可以正常行驶，但会亮红灯提示；当结果大于第二个设定值的10%时，车辆将无法启动，继电器会断开汽车的打火电路，从而减少酒驾事故的发生。本设计可分为硬件电路设计和软件程序设计，Proteus仿真软件与Keil软件相配合可进行设计与仿真运行，通过不断的仿真运行测试完成了本设计所设想的所有功能。
关键词：酒驾报警器；STC89C52RC；酒精传感器
中图分类号：TP311
文献标志码：A
0 引言
随着社会经济的稳步发展，私家车已经逐步走进普通人家，根据2021年数据显示，全国拥有机动车的数量达到了3.84亿辆。随着私家车数量的不断增长，交通事故也随之增加，2021年全国共发生交通事故378 781起，死亡达9万多。在处理这些交通事故案件中，“醉驾”事故数稳居第一，高达74 713人，而这仅仅是发生事故的人数，2021年交警部门查到并且处罚酒驾就高达56万人。酒驾严重威胁着人民群众的生命财产安全，尽管近几年对于酒驾的检查与处罚愈加严格起来，但仍然有不少人抱有侥幸心理，在夜间查处酒驾的人数占比到60%左右。目前，我国对于查处酒驾的方式基本依靠交警部门的人员进行路口设卡现场依次查处，这不仅消耗了大量的人力与时间，更重要的是，仅能作用于小部分的车辆，具有随机性、分散性等诸多缺点。本文设计的酒驾报警器正好从根源上解决了这一问题，采用单片机为核心，设计一个酒驾报警器，依靠单片机的结构简单以及处理性能和可靠度，来实现对酒驾根本上的治理以及解决，达到保障人们的生命财产安全的目的［1-2］。
1 酒驾报警系统的整体架构
酒驾报警器系统由输入端、A/D转换、单片机、输出端等部分组成，如图1所示，输入端主要由酒精传感器采集车内酒精，压力传感器进行“有人”判断，通过设置按钮来设置报警的数值。A/D转换主要是将输入端收集来的数值进行转换，再传输给单片机。输出端主要对喝酒后的司机进行提醒和拦截，包括蜂鸣器、显示屏、继电器以及LED灯等。
在司机打开车内电源后，LED绿灯开始亮，表示车内电源接通；压力传感器进行检测，当压力值超过51 Pa，即可确定驾驶座位上有人；此时酒精传感器开始工作，收集驾驶人呼出空气中的酒精含量。当收集到的酒精含量数值大于设定的第一个警戒值（空气中的酒精含量5%）时，车外的红灯开始亮，蜂鸣器开始进行报警提示；当收集到的酒精含量大于设定的第二个警戒值（空气中的酒精含量10%）时，车外红灯亮，车内绿灯熄灭，继电器断开（车辆无法启动），蜂鸣器报警提示［3-4］。
2 酒驾报警系统硬件设计
2.1 酒精传感器电路
从国内外的相关技术发展现状可以看出，酒精检测分为很多种，而本设计采用了目前技术比较成熟的呼气式检测方法，它检测迅速，造价低，小巧方便，正适合于本文设计所选。根据我国公共安全行业标准的规定，饮酒驾车是当酒精含量≥20 mg/100 mL且＜80 mg/100 mL，醉酒驾车是≥80 mg/100 mL。为了避免误判并增加实用性，本设计采用两个设定值的方法进行比对判断。
在仿真软件元件库中没有酒精传感器元件，因此使用可调电阻（滑动变阻器）来模拟MQ-3酒精传感器，与酒精传感器原理一样，都是通过改变电阻的大小来检测酒精数值，通过两个上线箭头来模拟车内酒精含量的大小。
2.2 A/D转换模块
本设计采用ACD0832模数转换器，它是一种双通道A/D转换系统，具有8位分辨率，工作频率为250 kHz，输入输出电平与TTL/CMOS相兼容，输入电压为0～5 V，5 V供电。双通道A/D转换器体积小、兼容性高，重点是其高性价比深受喜爱。
2.3 单片机控制模块
系统采用的是STC89C52RC单片机，是由宏晶科技公司增强了之前推出的8051系列，具有价格低廉、高速、功耗低、超强抗干扰力等特点。用户应用的程序空间字节更是高达8 k字节，具有比51单片机更强的精确度和工控能力，是单片机中性价比较高的选择，能轻松驾驭本设计的复杂性以及所要求的准确性。其指令编写流程与AT89S51系列单片机一样，可以兼容51单片机的指令代码，应用C语言可以进行编程，简单且容易上手［3-4］。
2.4 液晶显示模块
系统选用的是LM016L液晶显示屏，该屏采用的HD44780控制器具有简便又强大的指令集，字符移动以及闪烁的功能较强。排阻作为上拉电阻使用，因为LM061L液晶显示屏内部是具有上拉电阻的，但仿真中却没有，因此加一个上拉电阻，将信号拉高，处在高电平［5］。
3 酒驾系统的软件设計及仿真
3.1 酒驾报警系统流程
根据上述介绍的酒驾报警器的功能可知，酒驾报警器是由传感器与显示屏子程序、报警器子程序等各模块子程序组成，以实现应有的功能，具体流程如图2所示。
3.2 软件介绍
本次使用的编译软件是Keil公司发布的Keil UVision5，它是与51系列单片机兼容的C语言开发系统。在功能、结构、可读性等方面，C语言具有很大的优势，新手也很容易上手。Keil公司提供了一个强大的仿真调试器以及功能完善的完整的集成开发环境。
整個设计的编写、编译、连接、调试、仿真等都可以与Proteus软件相配合进行开发与应用，可用编辑器编辑或汇编源文件，并由C51编辑器编译生成目标文件，再由LlB51创建生成绝对目标文件，最后由OH51转换为标准的HEX文件，这个文件可以给单片机仿真使用。
3.3 仿真效果及分析
目前，应用最广泛的是Proteus软件，该软件使用方便、功能完整且对于用户而言比较熟悉，所以本设计用其进行仿真电路设计。EDA工具软件是由英国Lab Center Electronics公司设计开发的。Proteus仿真软件实现了从图纸到产品的仿真设计，从原理图布置、代码到单片机、仿真外围电路、PCB设计，是真正的三合一设计平台，本设计除编译程序外都在Proteus软件中设计并实现［5］。
Proteus软件可以仿真51系列、AVR、ARM等常用单片机，拥有超过2万种元器件，可以很方便地创建元件，还可以配合显示输出在原理图的基础上进行编程，可以看到输入与输出的结果显示。把已经编译好的代码HEX文件录入绘制好的原理图后，可以看到仿真实物的运行情况，这为许多课程设计的学生提供了不可估量的方便。传统的电子实验室无法提供大量的元器件，也无法随意地更改已经制成的电路仪器，仿真软件提供了非常大的方便性，可使设计用时间、资金以及可能存在的危险都相对地减少。
本次仿真设计中，MQ-3传感器与压力传感器检测到的数值经过转换为电压信号，在通过A/D转换和单片机处理后显示出来，输入值由滑动变阻器改变，对比之前设定的值，当超过设定值的5%时，红LED灯亮，蜂鸣器报警，如图3所示；超过设定值10%时，汽车则无法打火，如图4所示。
在测试仿真效果时，通过仿真图的M1压力传感器上的红色上下箭头来改变模拟重量，当超过设定值时，说明有人，可进行下一步操作。再通过调节RV1滑动变阻器来模拟检测到的司机喝酒的浓度，通过对比设定值的判断进行系统设定的下一步指令。
4 结语
道路交通安全面对汽车数量的增加而迎来巨大的挑战，其中造成危害比较大的当属酒驾。面对这些挑战，我国一方面加大交通道路的巡查以及处罚力度，另一方面通过网络媒体的宣传让人们意识到酒驾的危害性。但这些都只是通过客观层次去管理驾驶人员，不能使驾驶人员形成主观自觉的思想行为，不能从根本上杜绝饮酒驾驶的行为，因此需要依靠先进的技术来约束司机，杜绝酒驾。本系统采用STC89C52RC单片机作为核心部件，选择MQ-3气体传感器作为酒精浓度检测的传感器，将测量值与设定值进行对比，作为判断驾驶者是否酒驾的依据。该酒驾报警系统具有较高的可靠性、针对性，可有效防止驾驶员酒后驾车，在某种程度上缓解了交通部门的压力，具有很强的使用价值。
参考文献
［1］曾欣玥，马浴琼，陈松.车内酒驾监测的发展研究现状［J］.装备制造技术，2021（6）：118-123.
［2］封杰文.单片机的发展与应用［J］.电子制作，2016（6X）：91.
［3］林小芳.基于单片机的防酒驾检测系统设计研究［J］.物联网技术，2021（9）：9-10.
［4］任建鹏，李勤.基于单片机的智能防酒驾控制系统［J］.科技创新与应用，2017（20）：16-17.
［5］李居尚.基于单片机的防酒驾系统设计［D］.长春：吉林大学，2013.
（编辑 沈 强）
Design of drunk driving alarm based on STC89C52RC microcontroller
Xi Li1， Guo Lei2
（1.Jiangsu Shipping Vocational and Technical College， Nantong 226010， China;
2.Zhejiang Zeyue Information Technology Co.， Ltd.， Jiaxing 314211， China）
Abstract： With the rapid development of the national economy and the rapid rise of car owners， road traffic safety is more harmful when drunk driving. This design uses STC89C52RC as the main chip， the selection of MQ3 gas sensor as the alcohol content detection sensor， the results are transmitted to the single chip microcomputer， when the result is greater than the first set value of 5%， the vehicle can still run normally， but the red light will indicate;When the result is greater than 10% of the second set value， the vehicle will not start， and the relay will disconnect the ignition circuit of the car，thus reducing the occurrence of drunk driving accidents. This design can be divided into hardware circuit design and software programming. Proteus simulation software and Keil software can cooperate to design and simulation operation. Through continuous simulation operation test， all the functions envisaged in this design have been completed.
Key words： drunk driving alarm; STC89C52RC; alcohol sensor
