中级工程师论文要求范文基于MSP430F2132车载酒精浓度监控系统

来源：职称驿站所属分类：电子技术论文
发布时间：2014-11-18浏览：30次

　　在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达多数万起，同时据交通部门统计每年造成死亡的事故中有50%以上为酒后驾车。酒后驾驶者往往认识不到酒后驾驶的严重后果，因此酿成很多本可避免的惨剧。酒后驾车的危害触目惊心，已经渐渐成为我国交通事故的第一大“杀手”。

　　摘要：该系统以MSP430F2132微处理器为核心，采用安装在不同位置的传感器阵列，对车厢内各点的酒精浓度进行数据采集。根据检测到的车厢内各点的酒精浓度，为主驾位置酒精浓度是否超标给出准确判断。报警数据通过的方式发送数据给接收机，发动机启动控制系统根据汽车当前行驶状态做出相应的报警和制动，从而有效杜绝酒驾的发生。

　　关键词：中级工程师论文要求,MSP430F2132,传感器阵列,车载系统,酒精检测,无线传输

　　Vehicle?mounted alcohol concentration monitoring system based on MSP430F2132

　　LI Zhi?jin， ZHOU Yu， SONG An

　　(College of Electronics and Information Engineering， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China)

　　Abstract： The system takes the microprocessor MSP430F2132 as its core. In this system， the sensor arrays mounted on different positions collect the data of alcohol concentration in the vehicle. This system gives the alarm information if the alcohol concentration exceeds the preset value. The alarm data is conveyed by wireless mode. The engine control system gives alarm information or applies the brake according to the vehicle’s transport condition. The drunk driving will greatly decrease if this system is equipped in vehicles.

　　Keywords： MSP430F2132; sensor array; vehicle?mounted system; alcohol detection; wireless transmission

　　随着我国经济的腾飞，汽车变得越来越普遍，交通事故也越来越多，解决酒后驾车的问题也变得越来越迫切。目前采用防控手段主要是通过外置的酒精仪器测试驾车人的酒精含量是否超标。由于没有随车安装，而且是被动检测，因此不能有效杜绝酒后驾车的现象。而之前设计的车载酒精检测系统由于过于单一[1]，导致测量结果不太准确。鉴于在此设计这种车载酒精浓度在线测控系统，由于采用多个传感器检测，主动检测车内的酒精浓度，同时通过无线传输数据，控制汽车的运行，能有效地杜绝酒驾现象。

　　1 系统设计

　　本系统由4个酒精浓度检测系统和接收控制系统以及发动机启动控制电路3部分组成，其中4个酒精浓度检测系统分别安装在主驾驶区(主驾驶员的方向盘中间处，简称A区)，副驾驶区(简称B区)，主驾和副驾的中间区域(简称C区)以及主驾身后的区域(简称D区)。酒精浓度检测系统以低功耗的 MSP430F2132为控制核心，由信号采集电路、信号处理电路、数据无线发射电路等部分组成。接收控制系统以MSP430F2132为控制核心，由信号接收电路、语音报警电路等部分组成。发动机启动控制电路主要有报警信号接收电路、启动信号通断电路等部分组成。系统框图如图1所示。

　　当司机坐在主驾位置上时，接收控制系统工作。接收控制系统向4个检测系统发送启动工作指令，4个检测系统工作，实时检测驾驶内的酒精浓度，并将之转换成待传输的数字信号。接收控制系统分时给出4个检测系统的地址信息，和4个检测系统分时通信，接收检测系统的酒精浓度数据。接收控制系统对A、B、C、D区的酒精浓度数据和内置的专家数据进行比对，以判别是否酒驾。如果酒精浓度超标，同时车未启动，则进行声音报警，控制继电器切断汽车制动系统里点火装置的电源，汽车无法启动。若汽车发动机在运行时检测到酒精浓度超标，进行声音报警，并提醒驾驶人员系统将在一分钟后自动切断点火装置电源，强迫停车。若酒精浓度不超标，则发动机启动控制继电器不起作用，车可以正常启动和行驶。

　　图1 系统框图

　　2 酒精浓度检测系统

　　酒精浓度检测系统以低功耗的MSP430F2132为主控制器，工作电压为1.8～3.6 V，非常适用于电池供电的系统。MSP430F2132内置8路10位A/D转换器，转换速度

　　为200 kS/s可实现系统所要求的高精度、快速的模/数转换。

　　2.1 酒精浓度检测电路[2?5]

　　酒精浓度检测选用MQ?3气敏传感器。MQ?3的敏感部分是由金属氧化物SnO2的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附气体酒精分子时，其表面的导电电子比例就会发生变化，从而表面电阻会跟随被测气体浓度的变化而变化。当气敏传感器的敏感体电阻阻值发生变化时，对应的电阻两端的分压值也会发生相应的改变，即一个电压值对应着一个被测酒精气体浓度。本系统中酒精浓度信号的采样模块电路如图2所示，MQ?3的5引脚为加热电阻的电源端，接至+5 V直流稳压电源。MQ?3的两个A引脚(即4和6引脚)相连， MQ?3的两个B引脚(即3和1引脚)也连接在一起，将A端接到2.5 V的电源正极，B端接200 kΩ电阻(可根据具体情况调节电阻的大小)，具体接线如图2所示。LM324是一个集成了4个通用运放放大器的集成芯片[6]，采样的电压先通过一个电压跟随器，以提供其带负载的能力。跟随后的输出电压再经过差分电路，以便调零和克服温漂等共模信号对精度的影响。最后通过运放放大成0～3.6 V接入微处理器内部A/D转换器的输入端口。　　2.2 数据无线传输电路

　　本系统数据无线传输电路选用NRF24L01作为核心芯片 [7]，实现酒精浓度数据的无线传输。NRF24L01是NORDIC公司生产的一款无线通信芯片，使用2.4～2.5 GHz全球开放的ISM频段。NRF24L01采用GFSK调制，抗干扰能力强。可以实现点到点或是1点对6点的无线通信，传输速率可以达到2 Mb/s。电路如图3所示。车厢内安装有4个检测系统，为了便于接收器识别这4个检测系统，每个检测系统各有一个互不相同的地址码。检测系统发送酒精浓度数据时，先发送其地址数据，然后再发送酒精浓度数据。

　　图2 酒精浓度采集电路

　　图3 无线数据传输电路

　　3 接收控制系统

　　接收控制系统以MSP430F2132为主控芯片，NRF24L01无线数据接收检测系统发送来数据，接收电路参见图3。由于车内安装有A、B、C、D 四个酒精浓度检测系统，4个系统发送无线数据时，信号频率一致。因此，当四个检测系统传输数据时，必会发生传输数据的碰撞。为此，必需研究这个问题，防止数据传输中数据碰撞。接收控制系统将接收到来自检测系统的地址信息和酒精浓度信息，根据系统内部预先设置的各个检测系统的报警数据阈值，判断是否发出酒驾报警控制信息。

　　3.1 酒驾报警信息无线发送

　　酒驾报警信息的传输数据量少，为了避免无线传输中的同频干扰，酒驾报警信息的传输，本系统选用PT2262/PT2272作为传输的核心芯片[8]，实现接收控制终端和汽车点火控制装置的通信。PT2262/PT2272是一对带地址编码的无线遥控发射/接收芯片，其中PT2262为发射芯片，PT2272为接收芯片，工作频率一般为433 MHz或315 MHz。接收控制系统中设计有报警信息发送电路，该电路比较简单不做详细介绍。

　　3.2 语音报警电路

　　当车厢内的酒精浓度达到或超过酒驾阈值时，接收控制系统发出报警停车信号同时发出声音报警信号。语音报警电路采用芯片ISD4004[8]。ISD4004芯片采用CMOS 技术，工作电压3 V，录放时间8～16 min。ISD4004输出的语音信号功率较小，为此需要将该语音信号放大，放大电路如图4所示。

　　图4 声音报警电路

　　本系统中预先录制1提示音：“请尊重生命，杜绝酒后驾驶”;2警告音：“您已经酒后驾驶，车将在1 min后自动停止”。分别从两个语音地址录入语音，播放时根据语音地址的不同播放2种语音。

　　3.3 汽车行驶状态判断电路

　　为了达到安全、方便地控制汽车，本系统还设计有汽车行驶状态判断电路。该电路采用霍尔传感器A3144[9]检测轮胎的转动情况。霍尔传感器是磁敏感传感元件，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，转轴转动时就可以获得一串脉冲信号。如果在圆周上粘上多粒磁钢，获得一周多个脉冲输出。脉冲信号经过光耦隔离后接到主控芯片的计数端口，主控芯片计数单位时间内的脉冲个数，并将之转换成汽车行驶的速度，判断汽车的运行状况。

　　3.4 显示电路

　　接收控制终端上设计有显示电路，实时显示车厢内的酒精浓度以及汽车的运行状态及速度。为了减少功耗，显示电路设计有休眠功能，当车厢内的酒精浓度未达到酒驾报警值时，显示器休眠，按任意键激活。

　　4 启动控制系统

　　启动控制系统安装在发动机启动电路附近。安装时需要将发动机启动电源的一根线断路，通过启动继电器的常闭触点连接。当没有报警信息时，启动继电器不吸合，常闭点接通，发动机正常启动。当报警信息发生时，启动继电器吸合，启动电源断开，发动机停止，汽车制动。启动控制系统中设计有与接收控制电路中报警信息发送电路地址一致的报警信息接收电路，接收报警信息。该部分电路设计较简单，限于篇幅本文不做详细介绍。

　　5 软件设计

　　本系统软件核心部分有两个，一个是酒精浓度是否达到酒驾的判决;一个是数据传输的防碰撞问题。

　　5.1 酒精浓度判别

　　车厢内安装有4个酒精浓度检测点，分别为系统设计中所说的A、B、C、D四个区域。由于酒精气体因浓度差，会在车厢内慢慢扩散。依据常识，距离源点近的检测点的浓度一定高于距离源点远的检测点的浓度。因此，如果主驾位置是酒精气体的源点，则4个检测点的酒精浓度数值关系应该是 A>C>D>B。如果副驾位置是酒精气体的源点，则4个检测点的酒精浓度数值关系应该是B>C>A>D。如果后排右侧位置是酒精气体的源点，则4个检测点的酒精浓度数值关系应该是B>C>D>A。如果后排左侧位置是酒精气体的源点，则4个检测点的酒精浓度数值关系应该是D>A>C>B。接收控制器根据4个检测点的酒精浓度的相互关系判别酒精气体的源点，对是否发出报警信息作出正确的判断。本系统对各点酒精的模拟检测基本上符合上面逻辑。

　　5.2 数据传输的防碰撞

　　单信道同频率无线数据传输中，防碰撞是必然要研究的问题。本系统中无线通信方式是4对1的通信。如果4的发送点同时发送必然会引起数据的碰撞，因此在通信应该进行分时发送。本系统中将接收控制系统作为主叫控制器，4个检测控制系统作为被叫控制器。系统启动时，被叫控制器都处于接收状态，主叫控制器依次发送被叫控制器的地址码。被叫控制器接收主叫控制器发送的地址码，并和本系统的地址码比对。如果地址码一致，该被叫控制器发送呼叫应答信号，从而和主叫控制器建立通信链路，实现通信。被叫控制器发送完数据后，主动释放信道。主叫控制器依次轮询下一个被叫控制器，实现4对1的无碰撞数据通信。

　　6 结语

　　本系统设计了一个的车载酒精浓度在线检测系统，系统中创新地采用传感器阵列，通过安装在不同位置的传感器，可以准确测量车厢内各位置的酒精浓度，为主驾位置酒精浓度是否超标提供准确检测。同时系统采用数据信息的无线收发方式，可方便安装在汽车上。本系统智能化程度脚高，功耗低，可靠性高，对预防酒后驾车具有良好的效果，因此在实际应用中具有很好的推广价值。

　　参考文献

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　　[2] 谭秋林，许姣，薛晨阳，等.基于C8051F040酒精浓度测试仪的研究[J].传感器技术学报，2009，22(10)：78?80.

　　[3] 潘祖军，朱文胜，岳睿.汽车用酒精传感器的分析[J].汽车电子，2007(1)：39?41.

　　[4] 陈成新.一种校准呼气酒精测试仪的新方法[J].计量学报，2006，27(2)：172?174.

　　[5] 李致金，李峰，唐伟伟，等.车载酒精浓度在线测控系统[J]电子设计工程，2012，20(9)：114?117.

　　[6] 李朔，董轶远.基于CSM020B和LM324的过流报警装置设计[J].现代电子技术，2011，34(24)：63?65.

　　[7] 潘勇，管学奎，赵瑞.基于NRF24L01的智能无线温度测量系统设计[J].电子测量技术，2010，33(2)：120?122.

　　[8] 杨庆.基于PT2262/2272的输液报警系统[J].山西电子技术，2007(6)：13?14.

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