面對酒后駕車這一當今世界重大問題，研究和開發(fā)新的防酒駕技術變得迫在眉睫。汽車酒駕報警減速器是一款基于MSP40和FPGA、能夠檢測汽車室內空氣中乙醇分子濃度，并根據(jù)乙醇分子濃度和汽車運動狀態(tài)控制汽車運動狀態(tài)的系統(tǒng)。其構成模塊的關系如圖1所示，該系統(tǒng)以MSP430為核心控制芯片，并考慮到運算負擔和節(jié)能問題，利用FPGA構成一個基于模糊控制的PID算法的報警減速器，當檢測到司機酒后駕車，并發(fā)出聲光報警之后，若汽車并未停駛，則觸發(fā)減速器工作。

1 系統(tǒng)環(huán)境的模塊構成簡介
1.1 傳感器及安放位置
    空氣酒精濃度傳感器主要有半導體型、燃料電池型、紅外線型、色譜分析型及比色型等五大類，由于價格和使用便利性等因素，普遍應用的只有半導體型和燃料電池型兩種。其中，常溫型半導體型HS-3A酒精濃度傳感器[1]因靈敏度高、恢復速度快、壽命長，可以抵抗汽油、水蒸氣和煙霧的干擾。等特點而受到廣泛應用。
    為使檢測方便可行性高,系統(tǒng)不采用嘴吹氣的方式。而從司機的開車姿勢分析,呼出的氣流方向總是正對著方向盤，方向盤處的乙醇分子濃度在車室內總是最先達到最高濃度，故將酒精濃度傳感器安放于方向盤，且進氣口朝上。
1.2 測速器的設計
    系統(tǒng)環(huán)境模塊采用槽式光電對管的方法實現(xiàn)，圖2所示為測速碼盤，碼盤的邊緣是離碼盤中心距離相等、排列間隔一致的過孔。將碼盤安裝在汽車的變速齒輪箱或者輪胎轉軸上，用槽式光電對管的U形槽直接將測速碼盤夾在凹槽中央（測速碼盤能自由轉動），當測速碼盤轉動時便能測出汽車的速度。

3 減速器設計及控制
    整個減速器基于FPGA響應并實現(xiàn),采用PID改進算法。由于PID控制原理簡單、使用方便、參數(shù)KP、KI和KD能根據(jù)動態(tài)過程適時調整，魯棒性強，其控制品質對被控對象特性的變化不太敏感。但它對非線性和復雜過程的控制效果不佳，因此在實際工業(yè)控制中均使用PID改進的算法。而模糊控制對于非線性、復雜的控制對象顯示出了控制性能高、魯棒性強等優(yōu)點。因此，基于模糊控制自適應的PID控制算法[2]，即將PID控制算法與模糊控制算法相結合實現(xiàn)復雜的控制過程，其減速器控制結構如圖3所示。

    (1)當e較小時，汽車運動速度與期望值接近，為使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應增加KP和KI，同時，為了避免系統(tǒng)在設定值附近振蕩，應適當選取KD值，選取原則如下：若ec較大,則KD取較小值;若ec較小,則KD取較大值。
    (2)當e和ec為中等大小時，為使系統(tǒng)響應的起調較小，KP應取較小值。在這種情況下，KD的取值對系統(tǒng)影響較大，KI和KD應取值適當,以保證系統(tǒng)響應速度。
    (3)當減速控制系統(tǒng)響應酒后駕車信號時， e較大。為加快響應速度，取較大的KP和較小的KD，同時為避免速度超調，產生積分飽和，應對積分作用加以限制，一般取KI=0。
    根據(jù)以上分析，制定出如表1所示的控制規(guī)則。

    糊控制器根據(jù)規(guī)則中的輸入、輸出模糊關系和實際輸入的模糊值得到輸出的模糊狀態(tài)。假設實際檢測的系統(tǒng)誤差和誤差變化率分別為e*和ec*，誤差連續(xù)取值范圍為e=[eL,eH]，eL表示低限值，eH表示高限值，則量化為模糊控制器的精確輸入為E*和EC*，分別表示如下：
  
    最后利用式(12)即可實現(xiàn)對KP、KI和KD的控制，減速器仿真圖[4]如圖5所示。從圖中可知，輸入端信號與輸出端信號基本重合，可見基于模糊控制自適應的PID控制器能夠很好地滿足控制要求。

    基于MSP430的汽車酒駕報警減速器工作穩(wěn)定，性能可靠。經(jīng)實際檢測，當車室內空氣中乙醇分子的濃度達到聲光報警（酒后駕駛）點時，能夠很好地作出響應。如果在汽車靜止時檢測到屬于酒后駕車，則控制減速器工作的步進電機將停止工作；如果在汽車運動的過程中，檢測到屬于酒后駕車，則MSP430將會觸發(fā)FPGA減速器，使步進電機工作，迫使汽車平穩(wěn)地停駛，從而真正實現(xiàn)酒后駕駛報警減速的作用，有效控制酒后駕車和預防交通事故的發(fā)生。
參考文獻
[1] 潘祖軍，朱文勝，岳睿.汽車用酒精傳感器的分析[J].北京汽車，2007（1）：39-41.
[2] 王述彥,師寧,馮忠緒.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].機械科學與技術,2011,30(1):166-167.
[3] 王吉龍. 基于模糊PID的溫度控制系統(tǒng)[J].電子工程師,2008,34(5):77-80.
[4] 李國勇.智能控制及其MATLAB實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.