CN203401971U - 汽车动力系统酒精检测控制器 - Google Patents

Abstract

一种汽车动力系统酒精检测控制器，汽车动力系统酒精检测控制器包括：酒精传感器，检测汽车内的酒精浓度；信号调理放大器，连接酒精传感器，对酒精传感器检测到的数据进行信号整形与放大；滤波器，连接信号调理放大器，对放大后的数据进行滤波处理；模数转换器，连接滤波器，将滤波后的数据转换为数字量；控制模块，连接模数转换器，对模数转换后的数据进行处理；显示装置，连接控制模块，用以显示汽车内的酒精浓度；继电器，连接控制模块以及汽车的动力系统，控制模块通过继电器控制汽车的动力系统的开启和关闭；报警装置，连接控制模块，用以在汽车内的酒精浓度超标的情况下进行报警。

Description

汽车动力系统酒精检测控制器

技术领域

本实用新型涉及汽车领域以及数据采集和处理领域，特别涉及一种汽车动力系统酒精检测控制器。

背景技术

近年来，随着经济的高速发展，人民的生活水平迅速提高，越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。为了减少或杜绝这种现象，通常是采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定驾驶人员是否饮酒。目前，市场上警用酒精测试仪种类繁多、功能强大、灵敏度高，但是由于它没有安装在汽车内部，只能由交警人员来实施，因此并不能从根本上杜绝酒后驾车，酒后驾车事件仍时有发生。

2008年世界卫生组织的事故调查显示，大约50%—60%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的主要原因。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起；而造成死亡的事故中50%以上都与酒后驾车有关，酒后驾车的危害触目惊心，已经成为交通事故的第一大“杀手”。

2009年6月份以来，中国一些地区发生重特大交通事故，其中在8月1日至10日，全国发生一次性死亡5人以上道路交通事故12起。其中，山东省发生4起，包括一起死亡11人的特大交通事故。在这些事故中，发生在杭州、南京、成都等一些大中城市的重特大交通事故，均系肇事者酒后驾车所致。南京630特大交通事故9撞5死4伤，成都孙伟铭因无证、醉酒驾车造成4人死亡、1人重伤，公私财产损失共5万余元的严重结果，山东海阳发生一起死亡11人的特大道路交通事故，这些均在社会上造成恶劣的影响。

针对以上现状，本实用新型提出了汽车系统酒精检测控制器，其目的是为了解决现有酒精检测器与汽车分离，因此只能被动的由交警人员来测试的问题，同时是为了较少酒后驾车造成的交通事故，增加行车的安全性。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供了一种汽车动力系统酒精检测控制器，安装在汽车内，实时检测汽车内酒精浓度，一旦浓度超标，则立即发出警示、停止汽车运行。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种汽车动力系统酒精检测控制器，汽车动力系统酒精检测控制器包括：

酒精传感器，检测汽车内的酒精浓度；

信号调理放大器，连接所述酒精传感器，对所述酒精传感器检测到的数据进行信号整形与放大；

滤波器，连接所述信号调理放大器，对放大后的数据进行滤波处理；

模数转换器，连接所述滤波器，将滤波后的数据转换为数字量；

控制模块，连接所述模数转换器，对模数转换后的数据进行处理；

显示装置，连接控制模块，用以显示汽车内的酒精浓度；

继电器，连接控制模块以及汽车的动力系统，控制模块通过继电器控制汽车的动力系统的开启和关闭；

报警装置，连接控制模块，用以在汽车内的酒精浓度超标的情况下进行报警。

较佳的，控制模块包括单片机或可编程逻辑控制器。

较佳的，还包括外围电路，外围电路包括：时钟电路、复位电路、指示灯电路以及按键电路。

较佳的，显示装置包括若干LED数码管，显示装置在汽车未启动的状态下显示时钟，在汽车启动的状态下显示汽车内的酒精浓度。

较佳的，报警装置包括：定时器、扬声器以及发光二极管。

较佳的，还包括一指纹识别装置，连接控制模块，用以识别驾驶者身份。

从而实现了酒精检测器与汽车动力系统的结合，增加了行车的安全性。本实用新型安装在汽车上，自动测量、智能化程度高、功耗低，对预防酒后驾车具有很好的效果，在实际应用中具有很好的推广价值。

附图说明

图1所示的是本实用新型的结构示意图；

图2所示的是本实用新型的整体电路示意图；

图3所示的是本实用新型的外围电路的电路示意图；

图4所示的是本实用新型报警装置的电路示意图；

图5所示的是本实用新型的工作流程图；

图6所示的是本实用新型传感器的输出电压与LED数码管显示数值的曲线图。

具体实施方式

以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本实用新型的一部分实例，并不是全部的实例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

为了便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本实用新型实施例的限定。

请参考图1和图2，一种汽车动力系统酒精检测控制器，汽车动力系统酒精检测控制器包括：酒精传感器1，检测汽车内的酒精浓度；信号调理放大器2，连接酒精传感器1，对酒精传感器1检测到的数据进行信号整形与放大；滤波器3，连接信号调理放大器2，对放大后的数据进行滤波处理；模数转换器4，连接滤波器3，将滤波后的模拟量数据转换为数字量；控制模块6，连接模数转换器4，对模数转换后的数据进行处理；显示装置7，连接控制模块6，用以显示汽车内的酒精浓度；继电器8，连接控制模块6以及汽车的动力系统，控制模块6通过继电器8控制汽车的动力系统的开启和关闭；报警装置9，连接控制模块，用以在汽车内的酒精浓度超标的情况下进行报警。

考虑选用单片机或PLC（可编程逻辑控制器）作为控制模块都能达到较好的控制效果。但在本装置的软件设计上，单片机比PLC的编程更易于实现设计功能；从硬件装置体积考虑，单片机的体积比PLC小的多；从经济方面考虑，单片机的价格比PLC要经济的多。由于要根据现场情况调整系统参数，单片机的软件中时间参数的调整更简单，这样更有利于系统功能实现。由于本实用新型中所采用的元件都是现有的元件，因此，本实用新型对这些元件不做介绍。

酒精传感器选择MQ-3型气敏传感器，对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性，快速的响应恢复，长期的寿命和可靠的稳定性，探测范围为10～1000ppm，尤其适用于酒后驾驶人员的检测。由于气敏传感器里已经集成了放大电路，而用万用表测量可证实传感器的输出是一稳定的0-5V的电压信号，符合单片机的输入条件，此外 MQ3型气敏传感器对其他危险气体也有效，可以用与检测煤气，CO等气体。MQ-3型气敏传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。通过固定或可调外接负载电阻上电压的变化获得元件电阻的变化。传感器的表面电阻Rs的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VrL输出面获得的。二者之间的关系表述为：Rs/RL=(Vc-VrL)/VrL，其中Vc是回路电压为5V。负载电阻RL可调为0.5-200K。加热电压Uh为5V，正常工作时温度为300℃以上。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。传感器通电后通常需要数分钟的预热方可进入稳定工作状态，也可在正常检测前给传感器施加5~10秒钟2.2±0.2V的高电压，使传感器尽快稳定并进入工作状态。另外也可选择QM-J型酒敏传感器，本实施例在此只是举例说明，不做限制。

基于以上原因，MQ-3型的超高灵敏度酒精传感器比较适合前端检测酒精信号，低功耗、高性能AT89C51单片机适于本设计的控制系统。这充分利用了单片机灵活控制的优点，它的高度集成不但大大降低了故障率，而且在成本、体积、稳定性方面都有明显优势。系统具有模块化和多用化的特点，具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点。同时，信号调理放大器可以采用具有低噪声、低漂移、自校零技术的超高精度运放MAX4238和通用运放OP07C，滤波器可以采用开关电容滤波器MAX266。

因此本设计的系统采用超高灵敏度酒精传感器MQ-3，超低功耗单片机系统AT89C51，自动探测酒精浓度的方法，该仪器安装在汽车内，当驾驶人员进入驾驶室后，可以自动对酒精浓度进行探测，以确保行车的安全。系统可以根据检测到的酒精含量是否超标控制汽车点火器打开或者关闭，如果超标，则驾驶人员无法启动汽车。当司机插入车钥匙，发动汽车时，检测控制仪启动，此时发动机处于被锁状态，汽车无法启动。酒精传感器加热后，检测控制仪对酒精传感器探测的气体信号进行检测。检测到的信号经过放大和滤波之后，通过ADC0809转换器转换为数字信号，由单片机对此信号进行处理判断，假设酒精含量没有超标，数码管显示当前酒精浓度，同时安全指示灯，电源指示灯亮起，控制继电器不起作用，汽车随之启动；反之，则进行声光报警，控制继电器切断点火装置电源，驾驶人员无法启动汽车，从根本上实现控制酒后驾车。汽车启动后，控制仪随即进入低功耗状态，只有酒精浓度检测电路一直工作，一旦驾驶人员驾驶过程中饮酒，控制仪立即恢复到正常工作状态。

如图3所示，在本实施例中，还包括外围电路5。外围电路5由晶振电路，复位电路，时钟电路，电源指示灯，安全指示灯，按键等组成。本设计中将“司机发动汽车”这一动作，用一个按键来代替（实际设计中可以考虑在汽车锁腔内安装限位开关，当钥匙插入锁腔内时，触发开关动作），接到单片机的P2.7口上。把此动作信号作为关闭单片机定时/计数器中断的信号，一旦司机用钥匙发动汽车，则时钟功能关闭，酒精检测系统开始工作。当酒精浓度检测完毕，且酒精浓度没有超标时，继电器接通汽车动力系统，电源指示灯，安全指示灯亮起，提示司机可以行车，此时P3.0，P3.1口输出高电平，D1，D2导通点亮。若酒精浓度超标，则置P3.0，P3.1口输出低电平，D1，D2截止熄灭。检测完毕后，打开定时/计数器中断，恢复时钟功能，依此循环工作。

显示装置：当“司机发动汽车”时，单片机内部开始工作，酒精检测系统运行，当单片机将检测到的酒精浓度含量与设定值比较后，不管超标与否，LED数码管都要显示当前浓度值。显示酒精浓度时，LED数码管位数只点亮四位，其余位熄灭。

本设计采用6位共阳极LED数码管，主要是加入了一个时间显示的数字钟功能，当“司机没有发动汽车”时，检测系统不工作，此时可以合理利用资源，将LED数码管作为时间显示。所以一开始就打开单片机的定时/计数器中断，使定时/计数器工作，实现时钟功能，显示时间，一旦关闭中断，即司机发动汽车，则LED数码管显示酒精浓度。

本实施例中可将数码管的段码接口都接入限流电阻，以保护数码管。同时，将位码信号接入了PNP型三级管，起到放大驱动作用，使数码管具有足够的亮度。

请参考图4，报警装置包括：定时器、扬声器以及发光二极管。当酒精浓度超标时，单片机的P3.7管脚输出的高低电平间隔1s的脉冲信号。单片机AT89C51的P3.7端与定时器555的控制电压输入端相连，经555构成的振荡电路后，使扬声器发出高、低电平交替的2种叫声。同时P3.7脚输出的脉冲信号经电阻R17加到发光二极管LED上，LED将闪烁发光，达到声光同时报警的效果。

本实用新型的工作流程如下，并可参考图5：当司机发动汽车时，本实用新型启动，此时发动机处于被锁状态，汽车无法启动。酒精气敏传感器MQ-3加热后，检测控制仪对酒精传感器探测的气体信号进行检测。MQ-3传感器将检测到的酒精浓度转换为电压量输出，由于酒精含量与酒精传感器检测后产生的电压信号成特定的比例关系，因而可根据电压信号进行酒精含量的判断。输出检测信号电压经过运放MAX4238和OP07C进行信号的放大与整形，再经开关电容滤波器MAX266的滤波，使输出电压信号成为具有足够增益的脉冲波形，接到ATC0809转换器，将电压信号转换为数字量，直接连到单片机AT89C51的P1口，单片机对此信号进行处理，如果酒精浓度没有超标，数码管显示当前浓度，同时安全指示灯，电源指示灯亮起，控制继电器不起作用，汽车随之启动；反之，则进行声光报警，控制继电器切断点火装置电源，驾驶人员无法启动汽车。汽车启动后，控制仪随即进入低功耗状态，只有酒精浓度探测电路一直工作，一旦驾驶人员驾驶过程中饮酒，控制仪立即恢复到正常工作状态。

请参考图6，A/D转换完后，从单片机P1口取出转换结果adc_out，因传感器输出电压值0-5V近似将酒精浓度/(10^6)，故在数据处理子程序中将这值更加具体化，首先adc_out与10000的积运算，其次adc_out*10000和1024的商运算，然后将值(adc_out*10000/1024)与10^3（10的三次方）积运算，最后和14的商运算，所以本数据处理程序的整个公式为data=(adc_out*10000/1024) ^3/14。

经测定，呼出气体中的酒精浓度和血液中酒精浓度的比例是2100：1，也就是说，每2100ml呼出气体中含有的酒精，和1ml血液中含有的玻璃瓶酒精，在量上是相等的。通过这个比例，可以通过测定驾驶者的呼气，很快计算出受测者血液中的酒精含量。

目前国际公认的酒后驾车的限定有两种，一种是“酒后驾车”，一种是“酒醉驾车”。根据中国2003年的修订规定，当驾驶者每毫升血液中酒精含量大于或等于0.2mg时，就会被交警认定为“酒后驾车”；大于或等于0.8mg时，则会被认定为“醉酒驾车”。所以，在程序中设定阈值为2000。测试中当浓度达到2000，即大于设定值时，继电器即时动作，切断点火控制装置，响应时间极短。

本设计可以进一步改进，可以加入键盘设定阈值、将汽车上的供电系统通过电压转换器，转变为单片机以及系统所用的到的芯片所需的电压、JTAG接口电路，以及系统软件的升级。这样使系统稳定性更高，程序不受外界干扰，因此可以更好的将酒精检测系统应用到生活中去，从根本上杜绝酒后驾车的发生。

因为本设计是针对私家车司机的酒后驾驶而设计的，若对出租车也适用，本设计就需要加上一个司机指纹识别的功能，连接控制模块，即使车内客人的酒精浓度超标，只要一开始检测到的司机酒精浓度没有超标，并且司机指纹和先前检测的一样，这样修改后的系统，对出租车也同样适用了。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限与此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种汽车动力系统酒精检测控制器，其特征在于，所述汽车动力系统酒精检测控制器包括：

酒精传感器，检测所述汽车内的酒精浓度；

信号调理放大器，连接所述酒精传感器，对所述酒精传感器检测到的数据进行信号整形与放大；

滤波器，连接所述信号调理放大器，对放大后的数据进行滤波处理；

模数转换器，连接所述滤波器，将滤波后的数据转换为数字量；

控制模块，连接所述模数转换器，对模数转换后的数据进行处理；

显示装置，连接所述控制模块，用以显示所述汽车内的酒精浓度；

继电器，连接所述控制模块以及所述汽车的动力系统，所述控制模块通过所述继电器控制所述汽车的动力系统的开启和关闭；

报警装置，连接所述控制模块，用以在所述汽车内的酒精浓度超标的情况下进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种汽车动力系统酒精检测控制器，其特征在于，所述控制模块包括单片机或可编程逻辑控制器。

3.根据权利要求1所述的一种汽车动力系统酒精检测控制器，其特征在于，还包括外围电路，所述外围电路包括：时钟电路、复位电路、指示灯电路以及按键电路。

4.根据权利要求1所述的一种汽车动力系统酒精检测控制器，其特征在于，所述显示装置包括若干LED数码管，所述显示装置在所述汽车未启动的状态下显示时钟，在汽车启动的状态下显示所述汽车内的酒精浓度。

5.根据权利要求1所述的一种汽车动力系统酒精检测控制器，其特征在于，所述报警装置包括：定时器、扬声器以及发光二极管。

6.根据权利要求1所述的一种汽车动力系统酒精检测控制器，其特征在于，还包括一指纹识别装置，连接所述控制模块，用以识别驾驶者身份。

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