面对酒后驾车这一当今世界重大问题，研究和开发新的防酒驾技术变得迫在眉睫。汽车酒驾报警减速器是一款基于MSP40和FPGA、能够检测汽车室内空气中乙醇分子浓度，并根据乙醇分子浓度和汽车运动状态控制汽车运动状态的系统。其构成模块的关系如图1所示，该系统以MSP430为核心控制芯片，并考虑到运算负担和节能问题，利用FPGA构成一个基于模糊控制的PID算法的报警减速器，当检测到司机酒后驾车，并发出声光报警之后，若汽车并未停驶，则触发减速器工作。

1 系统环境的模块构成简介
1.1 传感器及安放位置
    空气酒精浓度传感器主要有半导体型、燃料电池型、红外线型、色谱分析型及比色型等五大类，由于价格和使用便利性等因素，普遍应用的只有半导体型和燃料电池型两种。其中，常温型半导体型HS-3A酒精浓度传感器[1]因灵敏度高、恢复速度快、寿命长，可以抵抗汽油、水蒸气和烟雾的干扰。等特点而受到广泛应用。
    为使检测方便可行性高,系统不采用嘴吹气的方式。而从司机的开车姿势分析,呼出的气流方向总是正对着方向盘，方向盘处的乙醇分子浓度在车室内总是最先达到最高浓度，故将酒精浓度传感器安放于方向盘，且进气口朝上。
1.2 测速器的设计
    系统环境模块采用槽式光电对管的方法实现，图2所示为测速码盘，码盘的边缘是离码盘中心距离相等、排列间隔一致的过孔。将码盘安装在汽车的变速齿轮箱或者轮胎转轴上，用槽式光电对管的U形槽直接将测速码盘夹在凹槽中央（测速码盘能自由转动），当测速码盘转动时便能测出汽车的速度。

3 减速器设计及控制
    整个减速器基于FPGA响应并实现,采用PID改进算法。由于PID控制原理简单、使用方便、参数KP、KI和KD能根据动态过程适时调整，鲁棒性强，其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。但它对非线性和复杂过程的控制效果不佳，因此在实际工业控制中均使用PID改进的算法。而模糊控制对于非线性、复杂的控制对象显示出了控制性能高、鲁棒性强等优点。因此，基于模糊控制自适应的PID控制算法[2]，即将PID控制算法与模糊控制算法相结合实现复杂的控制过程，其减速器控制结构如图3所示。

    (1)当e较小时，汽车运动速度与期望值接近，为使系统具有良好的稳态性能，应增加KP和KI，同时，为了避免系统在设定值附近振荡，应适当选取KD值，选取原则如下：若ec较大,则KD取较小值;若ec较小,则KD取较大值。
    (2)当e和ec为中等大小时，为使系统响应的起调较小，KP应取较小值。在这种情况下，KD的取值对系统影响较大，KI和KD应取值适当,以保证系统响应速度。
    (3)当减速控制系统响应酒后驾车信号时， e较大。为加快响应速度，取较大的KP和较小的KD，同时为避免速度超调，产生积分饱和，应对积分作用加以限制，一般取KI=0。
    根据以上分析，制定出如表1所示的控制规则。

    糊控制器根据规则中的输入、输出模糊关系和实际输入的模糊值得到输出的模糊状态。假设实际检测的系统误差和误差变化率分别为e*和ec*，误差连续取值范围为e=[eL,eH]，eL表示低限值，eH表示高限值，则量化为模糊控制器的精确输入为E*和EC*，分别表示如下：
  
    最后利用式(12)即可实现对KP、KI和KD的控制，减速器仿真图[4]如图5所示。从图中可知，输入端信号与输出端信号基本重合，可见基于模糊控制自适应的PID控制器能够很好地满足控制要求。

    基于MSP430的汽车酒驾报警减速器工作稳定，性能可靠。经实际检测，当车室内空气中乙醇分子的浓度达到声光报警（酒后驾驶）点时，能够很好地作出响应。如果在汽车静止时检测到属于酒后驾车，则控制减速器工作的步进电机将停止工作；如果在汽车运动的过程中，检测到属于酒后驾车，则MSP430将会触发FPGA减速器，使步进电机工作，迫使汽车平稳地停驶，从而真正实现酒后驾驶报警减速的作用，有效控制酒后驾车和预防交通事故的发生。
参考文献
[1] 潘祖军，朱文胜，岳睿.汽车用酒精传感器的分析[J].北京汽车，2007（1）：39-41.
[2] 王述彦,师宁,冯忠绪.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].机械科学与技术,2011,30(1):166-167.
[3] 王吉龙. 基于模糊PID的温度控制系统[J].电子工程师,2008,34(5):77-80.
[4] 李国勇.智能控制及其MATLAB实现[M].北京：电子工业出版社,2005.