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基于MC55i的车载酒精检测系统

IT圈 admin 24浏览 0评论

2024年3月20日发(作者:彭南莲)

2012

6

仪表技术与传感器

InstrumentTechniqueandSensor

2012

No.6

基于

MC55i

的车载酒精检测系统

朱明

王亚坤

宋莉莉

曹玉鹏

匡阳杰

(

大连理工大学软件学院

辽宁大连

116600)

摘要

:

为了有效监测和处理驾驶员的酒后驾车行为

设计了基于

MC55i

的车载酒精检测系统

该系统利用

STC12C5A60S2

单片机作为控制核心

4

MQ-3

酒精气体传感器采集到的酒精浓度数据进行处理

并利用继电器控

制车辆禁驾

同时

通过串行通讯方式控制

MC55i

无线模块

进行车辆定位和定位短信发送

该系统成本较低

方便实

司机亲友或者交管部门能够通过其得到含有醉酒车辆实时位置信息的短信

为及时

灵活地处理问题提供了可能

关键词

:MC55i

无线通信

;

车辆定位

;

酒精检测

中图分类号

:TP274

文献标识码

:A

文章编号

:1002-1841(2012)06-0103-03

DesignofCarAlcoholDetectionSystemBasedonMC55i

ZHUMing,WANGYa-kun,SONGLi-li,CAOYu-peng,KUANGYang-jie

(SchoolofSoftware,DalianUniversityofTechnology,Dalian116620,China)

Abstract:Inordertomonitoranddealwithdrunkdrivingeffectively,avehiclealcoholdetectionsystembasedonMC55iwas

designed.ThissystemusedSTC12C5A60S2MCUasthecorecontrollertohandlethedatacollectedbyfourMQ-3alcoholsen-

itcorrespondedwithMC55iwirelessmodulethroughsors.Anditusedelectricrelaytocontrolthecarbrakesystem.Furthermore,

RS-232,whichcanlocatethecar’spositionandsendGSMmessage.Withitslowcostandconvenience,driver’srelativeandtraf-

spositionintime,whichwillhaveagoodinfluenceondealingwiththeissues.ficcontroldepartmentcangetthecar’

Keywords:MC55iwirelesscommunication;vehiclepositioning;alcoholdetection

1

系统整体设计

STC

基于

MC55i

的车载酒精检测系统

硬件部分包括主板

MQ-3

酒精气体传感器

、MC55i

无线模块和单片机处理核心

红外通信模块

主板又包括

STC

单片机插座

基本功能部分和

接口通信部分

软件部分包括驱动层软件和上层控制软件

1

是系统的整体结构框图

酒精气体检测模块

红外通信模块

继电器控制模块

液晶

屏显示模块和

MC55i

无线模块

2.1

硬件模块工作原理

2

是系统各硬件模块的组织方式示意图

2

1

系统结构框图

硬件模块组织方式示意图

驾驶员扭动车辆钥匙

检测系统上电启动

进行硬件初始

4

MQ-3

酒精气体传感器并行化

酒精检测模块随即工作

检测驾驶员周围的呼出气体

将信息送入单片机

STC

单片机对气体中的酒精浓度信息进行分析

若浓度未

一路平安

超标

TFT

液晶屏上显示等字样

车辆正常行驶

一旦某一路传感器检测到的酒精浓度超出安全范围

系统的

LED

警示灯闪烁

并通过蜂鸣器发出警报声

同时

继电器通

过控制汽车的点火和电喷电路

强制关闭车辆引擎

从源头上

杜绝了酒后驾车的情况发生

MC55i

无线模块随之启动

通过中国移动基站的

Cell-Id

定位法

获取车辆当前位置的编号

再利用

GPRS

上网检索该位

STC12C5A60S2

单片机通过通信接口与

MQ-3

酒精传感

MC55i

模块

红外遥控设备和汽车的点火电路相连

控制整

个系统的工作

软件部分

驱动层软件封装了底层硬件的功

并向上层软件提供调用接口

上层控制软件包括硬件电路

A/D

转换

、GSM

基站定位

、GPRS

数据通信和

Unicode

初始化

汉字编码等部分

2

系统硬件设计

系统的硬件功能模块包括

STC12C5A60S2

单片机处理核

收稿日期

:2011-07-25

收修改稿日期

:2012-03-09

104InstrumentTechniqueandSensorJun.2012

置对应的具体文字信息

最后发送包含该信息的中文

GSM

信到司机亲友或者交管部门

便于其采取相应的处理措施

统采用的无线通信方案基于

GSM

移动通信网络

该网络有着

容量大

稳定性强

不易受干扰和覆盖范围大等特点

进一步拓

宽了整个系统的适用范围

短信对端的号码是可变的

拥有特权的用户

可以通过特

定的红外线遥控器对其进行设置

该系统还拥有防盗和定位

的拓展功能

驾驶员可以通过给系统发短信和打电话的方式

触发系统进行定位短信回应

进行被盗汽车的追踪

2.2

主板电路设计

系统的主板包括

STC

单片机插座

基本功能部分和接口通

LED

警示模块

信部分

基本功能部分包括蜂鸣器报警模块

TFT

液晶显示模块和电源模块

;

接口通信部分包括串行通信接

酒精传感器接口

红外线通信接口和继电器禁驾控制接口

系统的主板结构框图如图

3

所示

件结构图如图

5

所示

该系统采用模块化的程序结构

可以分

成以下程序模块

:

(1)

主程序

Main、

系统初始化程序

:

系统启动后

首先完成

变量和硬件模块的初始化工作

包括

TFT

液晶屏初始化

(

功能

Initial()),IR

红外线初始化

(

功能函数

EX0init

函数

ILI9325-

()),EEPROM

初始化

(

功能函数

EEPROM-Init()),Uart

串口初

Init()),GSM

和其他模块初始化

始化

(

功能函数

UART-

(2)TFT

液晶屏显示模块

:

包括

TFT320x240

液晶屏驱动程

汉字字模

同时给上层模块提供显示序和系统中用到的字母

函数的调用接口

(3)EEPROM

模块

:

利用

STC

单片机内部的

EEPROM

编写驱动程序

向外界提供调用接口

实现数据永久存储

(4)

红外通信模块

:

红外通信模块由红外解码函数

外部中

断函数和键值处理等函数组成

最后通过调用

EEPROM

模块提

供的接口

将号码信息进行永久存储

3

主板结构框图

电源模块接入外部

9V

直流电压

经稳压芯片

LM7805

为系统提供

5V

电压输入

。STC

单片机通过串行通信接口

MC55i

模块相连

发送

AT

指令控制其工作

。MQ-3

酒精气

体传感器输入的模拟信号需经过单片机内部的

A/D

转换模块

转化为数字信号

再由其进行数据处理

TFT

液晶显示屏提供人机界面

有着低功耗

高亮度和高

对比度的特点

在程序中嵌入所需汉字字库

即可通过汉字内

GB2312

显示汉字

主板上还预留了红外通信接口

可以安装一体化红外线接

收头

接收红外遥控器传来的电话号码信息

通过外部中断送

往单片机核心

将号码信息存入单片机的片内

EEPROM,

实现

永久存储

另外

还有

LED

警示灯和蜂鸣器模块

用来发出警

继电器控制接口与汽车点火和电喷电路相连

通过单片机

编程可控制汽车启动

汽车点火电喷控制电路如图

4

所示

5

软件结构图

(5)

酒精检测模块

:

酒精传感器并行采集空气中的酒精浓

度值

并且完成

4

个通道的

A/D

转换

根据检测到气体中的酒

将需要处理的情况划分为

3

个不同的等级

划分标准精浓度

和采取的动作如表

1

所示

1

等级名称

酒精浓度处理等级表

血液酒浓

/(mg·L

-1

)

<200

200~800

>800

采取的动作

正常驾驶

显示正常

出行提示语

饮酒驾驶

蜂鸣提醒

提示司机低速驾驶

醉酒驾驶

汽车禁驾

车辆定位

短信发送

A/D

换数据

000~150

150~200

200~250

1

2

3

正常驾驶

饮酒驾驶

醉酒驾驶

4

继电器控制汽车点火电路

3

系统软件设计

软件系统的设计主要是利用基于

STC

单片机的

C

语言

6

期朱明等

:

基于

MC55i

的车载酒精检测系统设计

105

(6)

无线通信模块

:

无线通信模块是系统的重点模块

,STC

单片机通过串口通信的方式

发送

AT

指令到

MC55i

无线通信

模块

对其进行控制

。AT+CREG

指令控制

MC55i

模块进行基

站定位

获取车辆当前位置的编号

随后利用模块的

GPRS

上网

查询该编号对应的详细地理位置信息

。AT+CMGS

等一功能

系列指令控制模块进行

PDU

格式的短信发送

可以发送中文信

发送短信时

对常用汉字进行裁剪

3000

个常用汉字的

字库存入单片机

FLASH

汉字字符通过查表

将码制转换为

Unicode

编码

随后设置短信协议为

PDU

格式

发送中文汉字

PDU

格式短信编码由

2

部分组成

:

短信息中心地址其中

(SMSC)

和传输协议数据单元

(TPDU)。

(7)

其他模块

:

酒精浓度超标时

控制红色

LED

灯闪烁

鸣器发出警告音

并且控制继电器输出开关量

实现车辆禁驾

4

系统测试

在搭建好硬件电路

焊接器件

并且将软件移植到

STC12C5A60S2

单片机后

系统经测试运行稳定

实现了预定的

功能

该系统可进一步小型化和模块化

并用外壳封装

6

是在醉酒驾驶的情况下

系统测试流程图

5

系统液晶屏和短信接收端的显示情况如图

7

所示

目标

我已醉酒

手机收到了提醒信息

显示位置在辽宁省

;

大连市

;

开发区

;

南窑西

490m;

开发区区中等职业技术专业学校西北

150m.”

与所在测试地点的位置大致相符

7

液晶屏和接收端手机显示图

结束语

介绍了一种基于

MC55i

的车载酒精检测系统

该系统体

积较小

价格低廉

经测试

能够稳定运行

这套系统的应用

可以实现对醉酒违章车辆的定位追踪和快速处理

对汽车安全

性能的提升具有较大的实用价值

参考文献

:

[1]

徐京莲

韩峻峰

潘盛辉

基于多传感器融合的车载酒精检测

2010(7):105-107.

系统设计

仪表技术与传感器

[2]

李宗睿

许振忠

基于单片机的车载酒精探测及安全控制系统的

2008(4):21-23.

设计与实现

北华航天工业学院学报

[3]

马智华

张天祥

张云峰

基于无线数传的酒后驾车检测系统的研

2011(2):76-79.

科园月刊

[4]

崔海朋

车载酒精探测控制仪设计

今日电子

,2009(3):75-77.

作者简介

:

朱明

(1981-),

工程师

博士

主要研究方向为工业控制与物

mail:zhuming@dlut.edu.cn

联网硬件体系

。E-

6

醉酒驾驶测试流程图

(

上接第

102

)

5

结束语

基于

CAN

总线技术

ARM7

芯片

LPC2292

为核心

设计

了以

LPC2292

为主体的通信电路

针对多机通讯的特点

结合

收发器

PCA82C251

构成的轨道交通制动系统通信模块

实践

证明

系统具有较好的可靠性和稳定性

CAN

通信模块已经

应用于某调试轨道交通制动系统上

通信效果良好

参考文献

:

[1]

广州周立功单片机发展有限公司

.PHILIPS

单片

16/32

位微控制

2005.

-LPC2292/LPC2294,

[2]PHILIPSSemiconductors.DataSheetPCA82C251,1995.

[3]

袁利大

马洪连

轻轨列车改造项目中基于

MSP430

SJA1000

CAN

总线通信节点设计

软件

,2010,31(12):65-69.

[4]

刘晓莉

高军

赵延明

.ARM

CAN

总线控制系统智能数据采集

2006,21(4):79

节点的设计

湖南科技大学学报

(

自然科学版

),

-82.

作者简介

:

陈腾鹏

(1987-),

硕士研究生

研究方向为制动控制技术

E-mail:yangxie605@yahoo.com.cn.

2024年3月20日发(作者:彭南莲)

2012

6

仪表技术与传感器

InstrumentTechniqueandSensor

2012

No.6

基于

MC55i

的车载酒精检测系统

朱明

王亚坤

宋莉莉

曹玉鹏

匡阳杰

(

大连理工大学软件学院

辽宁大连

116600)

摘要

:

为了有效监测和处理驾驶员的酒后驾车行为

设计了基于

MC55i

的车载酒精检测系统

该系统利用

STC12C5A60S2

单片机作为控制核心

4

MQ-3

酒精气体传感器采集到的酒精浓度数据进行处理

并利用继电器控

制车辆禁驾

同时

通过串行通讯方式控制

MC55i

无线模块

进行车辆定位和定位短信发送

该系统成本较低

方便实

司机亲友或者交管部门能够通过其得到含有醉酒车辆实时位置信息的短信

为及时

灵活地处理问题提供了可能

关键词

:MC55i

无线通信

;

车辆定位

;

酒精检测

中图分类号

:TP274

文献标识码

:A

文章编号

:1002-1841(2012)06-0103-03

DesignofCarAlcoholDetectionSystemBasedonMC55i

ZHUMing,WANGYa-kun,SONGLi-li,CAOYu-peng,KUANGYang-jie

(SchoolofSoftware,DalianUniversityofTechnology,Dalian116620,China)

Abstract:Inordertomonitoranddealwithdrunkdrivingeffectively,avehiclealcoholdetectionsystembasedonMC55iwas

designed.ThissystemusedSTC12C5A60S2MCUasthecorecontrollertohandlethedatacollectedbyfourMQ-3alcoholsen-

itcorrespondedwithMC55iwirelessmodulethroughsors.Anditusedelectricrelaytocontrolthecarbrakesystem.Furthermore,

RS-232,whichcanlocatethecar’spositionandsendGSMmessage.Withitslowcostandconvenience,driver’srelativeandtraf-

spositionintime,whichwillhaveagoodinfluenceondealingwiththeissues.ficcontroldepartmentcangetthecar’

Keywords:MC55iwirelesscommunication;vehiclepositioning;alcoholdetection

1

系统整体设计

STC

基于

MC55i

的车载酒精检测系统

硬件部分包括主板

MQ-3

酒精气体传感器

、MC55i

无线模块和单片机处理核心

红外通信模块

主板又包括

STC

单片机插座

基本功能部分和

接口通信部分

软件部分包括驱动层软件和上层控制软件

1

是系统的整体结构框图

酒精气体检测模块

红外通信模块

继电器控制模块

液晶

屏显示模块和

MC55i

无线模块

2.1

硬件模块工作原理

2

是系统各硬件模块的组织方式示意图

2

1

系统结构框图

硬件模块组织方式示意图

驾驶员扭动车辆钥匙

检测系统上电启动

进行硬件初始

4

MQ-3

酒精气体传感器并行化

酒精检测模块随即工作

检测驾驶员周围的呼出气体

将信息送入单片机

STC

单片机对气体中的酒精浓度信息进行分析

若浓度未

一路平安

超标

TFT

液晶屏上显示等字样

车辆正常行驶

一旦某一路传感器检测到的酒精浓度超出安全范围

系统的

LED

警示灯闪烁

并通过蜂鸣器发出警报声

同时

继电器通

过控制汽车的点火和电喷电路

强制关闭车辆引擎

从源头上

杜绝了酒后驾车的情况发生

MC55i

无线模块随之启动

通过中国移动基站的

Cell-Id

定位法

获取车辆当前位置的编号

再利用

GPRS

上网检索该位

STC12C5A60S2

单片机通过通信接口与

MQ-3

酒精传感

MC55i

模块

红外遥控设备和汽车的点火电路相连

控制整

个系统的工作

软件部分

驱动层软件封装了底层硬件的功

并向上层软件提供调用接口

上层控制软件包括硬件电路

A/D

转换

、GSM

基站定位

、GPRS

数据通信和

Unicode

初始化

汉字编码等部分

2

系统硬件设计

系统的硬件功能模块包括

STC12C5A60S2

单片机处理核

收稿日期

:2011-07-25

收修改稿日期

:2012-03-09

104InstrumentTechniqueandSensorJun.2012

置对应的具体文字信息

最后发送包含该信息的中文

GSM

信到司机亲友或者交管部门

便于其采取相应的处理措施

统采用的无线通信方案基于

GSM

移动通信网络

该网络有着

容量大

稳定性强

不易受干扰和覆盖范围大等特点

进一步拓

宽了整个系统的适用范围

短信对端的号码是可变的

拥有特权的用户

可以通过特

定的红外线遥控器对其进行设置

该系统还拥有防盗和定位

的拓展功能

驾驶员可以通过给系统发短信和打电话的方式

触发系统进行定位短信回应

进行被盗汽车的追踪

2.2

主板电路设计

系统的主板包括

STC

单片机插座

基本功能部分和接口通

LED

警示模块

信部分

基本功能部分包括蜂鸣器报警模块

TFT

液晶显示模块和电源模块

;

接口通信部分包括串行通信接

酒精传感器接口

红外线通信接口和继电器禁驾控制接口

系统的主板结构框图如图

3

所示

件结构图如图

5

所示

该系统采用模块化的程序结构

可以分

成以下程序模块

:

(1)

主程序

Main、

系统初始化程序

:

系统启动后

首先完成

变量和硬件模块的初始化工作

包括

TFT

液晶屏初始化

(

功能

Initial()),IR

红外线初始化

(

功能函数

EX0init

函数

ILI9325-

()),EEPROM

初始化

(

功能函数

EEPROM-Init()),Uart

串口初

Init()),GSM

和其他模块初始化

始化

(

功能函数

UART-

(2)TFT

液晶屏显示模块

:

包括

TFT320x240

液晶屏驱动程

汉字字模

同时给上层模块提供显示序和系统中用到的字母

函数的调用接口

(3)EEPROM

模块

:

利用

STC

单片机内部的

EEPROM

编写驱动程序

向外界提供调用接口

实现数据永久存储

(4)

红外通信模块

:

红外通信模块由红外解码函数

外部中

断函数和键值处理等函数组成

最后通过调用

EEPROM

模块提

供的接口

将号码信息进行永久存储

3

主板结构框图

电源模块接入外部

9V

直流电压

经稳压芯片

LM7805

为系统提供

5V

电压输入

。STC

单片机通过串行通信接口

MC55i

模块相连

发送

AT

指令控制其工作

。MQ-3

酒精气

体传感器输入的模拟信号需经过单片机内部的

A/D

转换模块

转化为数字信号

再由其进行数据处理

TFT

液晶显示屏提供人机界面

有着低功耗

高亮度和高

对比度的特点

在程序中嵌入所需汉字字库

即可通过汉字内

GB2312

显示汉字

主板上还预留了红外通信接口

可以安装一体化红外线接

收头

接收红外遥控器传来的电话号码信息

通过外部中断送

往单片机核心

将号码信息存入单片机的片内

EEPROM,

实现

永久存储

另外

还有

LED

警示灯和蜂鸣器模块

用来发出警

继电器控制接口与汽车点火和电喷电路相连

通过单片机

编程可控制汽车启动

汽车点火电喷控制电路如图

4

所示

5

软件结构图

(5)

酒精检测模块

:

酒精传感器并行采集空气中的酒精浓

度值

并且完成

4

个通道的

A/D

转换

根据检测到气体中的酒

将需要处理的情况划分为

3

个不同的等级

划分标准精浓度

和采取的动作如表

1

所示

1

等级名称

酒精浓度处理等级表

血液酒浓

/(mg·L

-1

)

<200

200~800

>800

采取的动作

正常驾驶

显示正常

出行提示语

饮酒驾驶

蜂鸣提醒

提示司机低速驾驶

醉酒驾驶

汽车禁驾

车辆定位

短信发送

A/D

换数据

000~150

150~200

200~250

1

2

3

正常驾驶

饮酒驾驶

醉酒驾驶

4

继电器控制汽车点火电路

3

系统软件设计

软件系统的设计主要是利用基于

STC

单片机的

C

语言

6

期朱明等

:

基于

MC55i

的车载酒精检测系统设计

105

(6)

无线通信模块

:

无线通信模块是系统的重点模块

,STC

单片机通过串口通信的方式

发送

AT

指令到

MC55i

无线通信

模块

对其进行控制

。AT+CREG

指令控制

MC55i

模块进行基

站定位

获取车辆当前位置的编号

随后利用模块的

GPRS

上网

查询该编号对应的详细地理位置信息

。AT+CMGS

等一功能

系列指令控制模块进行

PDU

格式的短信发送

可以发送中文信

发送短信时

对常用汉字进行裁剪

3000

个常用汉字的

字库存入单片机

FLASH

汉字字符通过查表

将码制转换为

Unicode

编码

随后设置短信协议为

PDU

格式

发送中文汉字

PDU

格式短信编码由

2

部分组成

:

短信息中心地址其中

(SMSC)

和传输协议数据单元

(TPDU)。

(7)

其他模块

:

酒精浓度超标时

控制红色

LED

灯闪烁

鸣器发出警告音

并且控制继电器输出开关量

实现车辆禁驾

4

系统测试

在搭建好硬件电路

焊接器件

并且将软件移植到

STC12C5A60S2

单片机后

系统经测试运行稳定

实现了预定的

功能

该系统可进一步小型化和模块化

并用外壳封装

6

是在醉酒驾驶的情况下

系统测试流程图

5

系统液晶屏和短信接收端的显示情况如图

7

所示

目标

我已醉酒

手机收到了提醒信息

显示位置在辽宁省

;

大连市

;

开发区

;

南窑西

490m;

开发区区中等职业技术专业学校西北

150m.”

与所在测试地点的位置大致相符

7

液晶屏和接收端手机显示图

结束语

介绍了一种基于

MC55i

的车载酒精检测系统

该系统体

积较小

价格低廉

经测试

能够稳定运行

这套系统的应用

可以实现对醉酒违章车辆的定位追踪和快速处理

对汽车安全

性能的提升具有较大的实用价值

参考文献

:

[1]

徐京莲

韩峻峰

潘盛辉

基于多传感器融合的车载酒精检测

2010(7):105-107.

系统设计

仪表技术与传感器

[2]

李宗睿

许振忠

基于单片机的车载酒精探测及安全控制系统的

2008(4):21-23.

设计与实现

北华航天工业学院学报

[3]

马智华

张天祥

张云峰

基于无线数传的酒后驾车检测系统的研

2011(2):76-79.

科园月刊

[4]

崔海朋

车载酒精探测控制仪设计

今日电子

,2009(3):75-77.

作者简介

:

朱明

(1981-),

工程师

博士

主要研究方向为工业控制与物

mail:zhuming@dlut.edu.cn

联网硬件体系

。E-

6

醉酒驾驶测试流程图

(

上接第

102

)

5

结束语

基于

CAN

总线技术

ARM7

芯片

LPC2292

为核心

设计

了以

LPC2292

为主体的通信电路

针对多机通讯的特点

结合

收发器

PCA82C251

构成的轨道交通制动系统通信模块

实践

证明

系统具有较好的可靠性和稳定性

CAN

通信模块已经

应用于某调试轨道交通制动系统上

通信效果良好

参考文献

:

[1]

广州周立功单片机发展有限公司

.PHILIPS

单片

16/32

位微控制

2005.

-LPC2292/LPC2294,

[2]PHILIPSSemiconductors.DataSheetPCA82C251,1995.

[3]

袁利大

马洪连

轻轨列车改造项目中基于

MSP430

SJA1000

CAN

总线通信节点设计

软件

,2010,31(12):65-69.

[4]

刘晓莉

高军

赵延明

.ARM

CAN

总线控制系统智能数据采集

2006,21(4):79

节点的设计

湖南科技大学学报

(

自然科学版

),

-82.

作者简介

:

陈腾鹏

(1987-),

硕士研究生

研究方向为制动控制技术

E-mail:yangxie605@yahoo.com.cn.

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