高级驾驶监测车载系统电路设计

　　酒精浓度检测模块设计

　　酒精浓度检测模块主要由3个部分组成：酒精传感器，小信号放大电路和A/D转换器。酒精传感器是整个模块的核心，常用的酒精传感器主要有电化学酒精传感器，半导体酒精传感器等等。考虑到这套系统为车载系统，因此需要传感器具有体积小，精度高，响应快，抗干扰能力强的特点，我们选择了MQ-3酒精传感器。MQ-3传感器对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性，它的测量范围是 10~1 000 ppm的酒精浓度，在测量范围内，该传感器的体电阻与空气中的酒精含量成线性关系，我们通过将体电阻的变化转化为一种电压的变化，就可测得空气中酒精的酒精含量。

　　该系统设计电路如图2所示。U1是酒精传感器，两个F引脚为加热引脚，用来给传感器预热，A，B引脚为信号输出，A接电源，B与地之间串一个200 kΩ的采样电阻（实际电路中用一个电位器来替代），其作用是将体电阻Rs转化为电压输出，运放U2A组成一个同向放大电路，其放大倍数为1+R3/R2，这里R3=R2，所以放大倍数为2倍，然后运放输出端接A/D输入端，我们采用ATmega16L的片上A/D，其分辨率为10位，足以满足我们的采集需求。由此，得到输出电压与体电阻Rs的关系为。　
　

　　图2 酒精浓度检测模块电路设计

　　报警显示模块设计

　　报警显示模块用于酒精浓度的超限报警和日常信息的显示，由蜂鸣器和LCD5110组成，LCD5110是一款常用的液晶屏，供电2.7~5.5 V，通过不同的字库取模，可以显示数字，英文字母，汉字和图片，该款液晶还具有一个背光接口，在外部光线不足的时候可以用一个跳线帽点亮背光，提供照明。 LCD5110与主控MCU的通信采用SPI接口，但是为了硬件IO的通用性和软件的可移植性，本系统中用通用IO来模拟SPI时序，形成一个软件 SPI，因此我们将LCD5110的接口放在了5个通用IO而非专用SPI接口上，增加了布线的方便性。报警装置采用一个有源蜂鸣器，用一个NPN三极管做电流放大，如图3所示，三极管的基极通过一个电阻连接到主控的一个IO上，控制蜂鸣器发声与否。

　　图3 报警显示模拟电路设计

　　主控模块设计

　　主控模块由单片机ATmega16L及其外围电路组成的最小系统构成。ATmega16L是一块8位单片机，其片上集成了一个10位的AD转换器，分辨率达到5/1024，足以满足酒精浓度检测模块中的采样要求；片上还有一个全双工串口，用于GPS模块和GSM模块的数据通信。ATmega16L普通模式下功耗仅为3.3 mW，非常适合本系统应用。其电路设计如图4所示。

　　图4 主控模块电路设计

　　为了防止驾驶者因饮酒驾驶而导致交通事故，提出了酒后驾车监测追踪系统。本设计实现了该系统主控模块，酒精浓度检测模块，GPS定位模块，GSM无线数据传输模块，报警显示模块的硬件部分。本系统整体体积小，便于车载；成本相对低，便于推广应用；覆盖范围广，而且还可以自行升级固件，具有极好的实际应用前景。