酒精濃度檢測模塊設計

　　酒精濃度檢測模塊主要由3個部分組成：酒精傳感器，小信號放大電路和A/D轉換器。酒精傳感器是整個模塊的核心，常用的酒精傳感器主要有電化學酒精傳感器，半導體酒精傳感器等等。考慮到這套系統為車載系統，因此需要傳感器具有體積小，精度高，響應快，抗干擾能力強的特點，我們選擇了MQ-3酒精傳感器。MQ-3傳感器對乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性，它的測量范圍是 10~1 000 ppm的酒精濃度，在測量范圍內，該傳感器的體電阻與空氣中的酒精含量成線性關系，我們通過將體電阻的變化轉化為一種電壓的變化，就可測得空氣中酒精的酒精含量。

　　該系統設計電路如圖2所示。U1是酒精傳感器，兩個F引腳為加熱引腳，用來給傳感器預熱，A，B引腳為信號輸出，A接電源，B與地之間串一個200 kΩ的采樣電阻（實際電路中用一個電位器來替代），其作用是將體電阻Rs轉化為電壓輸出，運放U2A組成一個同向放大電路，其放大倍數為1+R3/R2，這里R3=R2，所以放大倍數為2倍，然后運放輸出端接A/D輸入端，我們采用ATmega16L的片上A/D，其分辨率為10位，足以滿足我們的采集需求。由此，得到輸出電壓與體電阻Rs的關系為。　
　

　　圖2 酒精濃度檢測模塊電路設計

　　報警顯示模塊設計

　　報警顯示模塊用于酒精濃度的超限報警和日常信息的顯示，由蜂鳴器和LCD5110組成，LCD5110是一款常用的液晶屏，供電2.7~5.5 V，通過不同的字庫取模，可以顯示數字，英文字母，漢字和圖片，該款液晶還具有一個背光接口，在外部光線不足的時候可以用一個跳線帽點亮背光，提供照明。 LCD5110與主控MCU的通信采用SPI接口，但是為了硬件IO的通用性和軟件的可移植性，本系統中用通用IO來模擬SPI時序，形成一個軟件 SPI，因此我們將LCD5110的接口放在了5個通用IO而非專用SPI接口上，增加了布線的方便性。報警裝置采用一個有源蜂鳴器，用一個NPN三極管做電流放大，如圖3所示，三極管的基極通過一個電阻連接到主控的一個IO上，控制蜂鳴器發聲與否。

　　圖3 報警顯示模擬電路設計

　　主控模塊設計

　　主控模塊由單片機ATmega16L及其外圍電路組成的最小系統構成。ATmega16L是一塊8位單片機，其片上集成了一個10位的AD轉換器，分辨率達到5/1024，足以滿足酒精濃度檢測模塊中的采樣要求；片上還有一個全雙工串口，用于GPS模塊和GSM模塊的數據通信。ATmega16L普通模式下功耗僅為3.3 mW，非常適合本系統應用。其電路設計如圖4所示。

　　圖4 主控模塊電路設計

　　為了防止駕駛者因飲酒駕駛而導致交通事故，提出了酒后駕車監測追蹤系統。本設計實現了該系統主控模塊，酒精濃度檢測模塊，GPS定位模塊，GSM無線數據傳輸模塊，報警顯示模塊的硬件部分。本系統整體體積小，便于車載；成本相對低，便于推廣應用；覆蓋范圍廣，而且還可以自行升級固件，具有極好的實際應用前景。