汽車竊案頻傳，如果能知道汽車被偷后的位置，就能更容易找回；此外，為了避免酒后駕車，若直接將酒精感應裝置安裝在車上，或許也能避免意外事故發生。飛機的黑盒子可記錄飛機的聲音與相關資料，協助澄清失事原因，本文提出車用「e化黑盒子」系統，是一款整合酒精檢測、行車安全信息系統以及GPS的汽車防盜器，讓駕駛人可隨時掌握汽車狀況。 

為了將「黑盒子」概念實現于汽車，以提升駕車安全性，本文提出以微控制器為核心的車用黑盒子系統設計，整合酒精測量、行車安全信息系統以及GPS定位防盜等功能，并結合GSM模塊，可實時回報汽車位置或是否遭入侵與破壞。   

在酒精探測方面，主要目的是避免駕駛人酒后駕車，希望在駕駛人尚未啟動汽車前判斷出酒精濃度是否符合標準，而傳感器測量空氣中的酒精濃度的高低是用模糊理論的知識規則庫來判斷。 

在行車安全信息系統方面，則是將傳感器裝置在汽車的四周。前后傳感器用來提醒車主保持安全車距；左右兩邊的傳感器則搭配左右方向燈使用，主要功能是在轉彎或變換車道時提醒車主，避免后照鏡看不到附近有車輛或障礙物的死角，而發生碰撞。 

在汽車防盜器，除了有基本的門窗防盜與震動感應外，并加入GPS定位防盜。如果汽車遭受破壞或門窗被開啟，系統會立即發送簡訊給車主，告知目前狀況；倘若汽車被偷，系統就可發揮GPS功能，持續將汽車所在坐標透過GSM系統發送簡訊給車主，并撥打電話告知車主或通知警局。 

本系統采用單芯片微控制器，包括C語言軟件程序與電子電路硬件兩大部分。圖1為系統架構圖，主要利用單芯片微控制器為中央處理模塊，配合傳感器部分有酒精感應、超音波感應、震動與磁簧開關感應；訊息顯示部分有液晶顯示與語音模塊，再搭配GPS與GSM模塊，以下說明各部分動作原理。 

采用較多內存與接腳之MCU主控微控制器采用由盛群半導體(Holtek) 

HT46R24，此款微控制器具備較大內存，程序設計者在設計較大及較復雜數據處理時有更大的彈性空間。配備40支I/O接腳可供設計者應用于多輸入及輸出控制裝置，如外部按鍵輸入控制、直接驅動液晶顯示，或控制外部開關組件如雙向硅控整流體(Triac)與繼電器等。 

此款微控制器具備脈波寬度調變(PWM)、模擬數字轉換(ADC)、I2C序列接口，此外，程序分頻器(PFD)可產生精確頻率輸出，應用于音訊產生，可直接驅動蜂鳴器等發聲組件；低電壓重置(LVR)則用于偵測系統電壓，若系統電壓低于LVR值時系統將產生重置，以避免系統工作電壓低于操作電壓可能造成的不穩定狀態。 

本系統包含射頻遙控器，利用無線通訊模塊來完成解鎖、啟動防盜與解除防盜，最大優點是體積小、穩定與成本低。而在無線通訊發射與接收電路方面，使用TWS-433(圖2)與RWS-433(圖3)，并透過編譯碼芯片(HT-12E與HT-12D)與指撥開關的配合，比對傳送端設定的編碼是否與接收端相同。 

本系統的遙控用編/譯碼芯片采用HT-12系列編碼器與譯碼器(圖4、表1～2)，具有4,096種編碼，傳送媒介可為紅外線或無線電。在12位信息中，高8位作為地址信號，低4位為數據信號，地址信號是用來比對數據傳送是否正確。HT-12D能夠接收12位信息，本身也有8位地址信號線與4位數據線，當接收到的地址信號線與設定值相同時，才會將低4位數據輸出。因地址線只有8位，因此HT-12系列作為遙控器時只能編出256組密碼。 

本系統具有門窗防盜功能，作為第一道防盜判斷，搭配震動傳感器，當歹徒使用遙控器打開車門并關閉防盜功能，立即發出警報聲驅走歹徒。當汽車遭受到外力撞擊破壞或車門被開啟，立即啟動防盜功能，主控微控制器會將目前狀況透過GSM系統傳送簡訊給車主。藉由在門窗加裝磁簧開關，當防盜開啟時，門未在安全解鎖下打開，磁簧開關由常閉變常開，控制系統將會簡訊傳送至使用者告知，并且車內有一蜂鳴器會響數聲。 

當震動或位移時，震動傳感器則會發出一連串正向脈沖信號，經由D1送達Q1，B極此時得到極大的順向偏壓后CE間短路導通，大量正電壓通過Q1向C2充電，LM358系一比較器第2接腳已經被固定約為0.6伏特，C2電壓充滿時LM358第3接腳約到達6伏特，所以輸出第1接腳已呈H電位，IC555是振蕩器當IC555第4接腳由L轉H時即刻被啟動，IC555第3接腳一連串脈沖輸出，再由晶體管放大推動蜂鳴器，產生一連串警報聲響。 

車體四周裝設超音波感應電路 

本系統在汽車前后裝設的超音波感應電路，主要目的是防止車距過于接近，如果感應到物體，則提示「請保持安全車距」字樣。在汽車左右的超音波感應電路的主要功能則是當汽車左轉或右轉時，感應汽車死角是否有障礙物，并以語音提示，以確保行車安全。 

超音波發射電路是用555振蕩器產生不穩態多諧振蕩，發出40kHz脈波，由SQ-4T超音波發射器將信號傳送出去。接收電路放大器是采用非反相放大電路，SVR 50K可調整其靈敏度。LM567是音訊譯碼鎖相回路，SVR 200可調整其接收頻率。LM567的第8接腳接收到40kHz的脈波是「Low」，沒接收到是「Hi」。 

本系統并使用8分鐘分段錄音芯片模塊(圖5)，將所要播放的警告及提醒語音預錄在芯片中，每一段分別存入不同語音，再由程序判斷在適當時機播放警告聲或語音片段。 

單芯片采集NMEA封包 

GPS數據封包的讀取采用8051單芯片，此芯片內建UART異步序列接口，使用11.0592石英振蕩器，并將鮑率設定在4,800bit/s。為將緩沖區數據讀出，須在主程序循環里測試RI是否等于1，如果等于1則把SBUF的數據讀出，最后再把RI重設為0，回到主程序循環即可。當GPS啟動后開始抓取坐標，并將采集到的坐標儲存(原坐標)，隨即開始判斷坐標變化，如果偵測到的坐標差超設定距離100公尺時，此時就會利用手機將最近一次坐標(新坐標)傳送到使用者的手機(圖6)，并且每隔一段時間發送最新坐標給使用者，以便掌握汽車位置。 

當震動傳感器因震動而觸發信號，或磁簧開關被開啟，則手機自動傳簡訊或撥號給車主，讓車主在最短時間內得知汽車遭受破壞，并將汽車位置坐標傳送給車主。手機部分使用回收的諾基亞3210，將其按鍵接腳測量出來，然后接至電路板(圖7)，利用芯片接收到傳感器信號，傳送高電位信號到手機撥號芯片，利用磁簧繼電器來使手機撥號。GPS部分則使用手機傳送位置坐標，讓車主在短時間內得知汽車位置(圖8)。 

結合GPS與GSM傳送車輛坐標 

本系統并裝設GPS，用以得知汽車位置，當汽車遭竊時能在最短時間通知車主相關位置坐標。本文采用的GPS接收模塊是瑞聯科技(Formax)FXE2S V1.0，此模塊支持標準NMEA-0183(2.20版)協議，序列傳輸速率9,600bit/s，并提供GGA、GLL、GSA、GSV、RMC、VTG等封包格式，可獲得經緯度、高度、速度、標準時間等信息。 

GPS數據格式形態依循美國國家海洋電子協會(NMEA)制定的格式標準，NMEA的格式有0180、0182及0183，本文采用的規格為MNEA-0183，一般NMEA封包以「$」起始，接著是各種封包的訊息(GGA、GLL、GSA、GSV、RMC、VTG)，以及各封包種類所對應的封包內容及偵錯字節，最后再以CR、LF信號結束，每個字段都以逗號分隔。 

智能型酒精傳感器防止酒駕 

為了防止酒后駕車，本系統包含智能型酒精傳感器，當車主啟動中控鎖時，立即啟動酒精傳感器，如偵測到駕駛人身上有酒精氣味反應，則啟用語音模塊發出警告，請求停止駕駛車輛，并對汽車斷電。本系統采用TGS-822氣體傳感器作為酒精傳感器，主架構是二氧化錫(SnO2)和加熱器。這種傳感器為使所有待測氣體揮發而設有加熱器，所以正常使用時傳感器有溫熱情形。二氧化錫是氣體溫度傳感器的主要組件，當待測氣體接觸到二氧化錫的時候，其發揮燃燒作用，將造成二氧化錫本身電阻值改變，并且電阻值會隨著氣體濃度的增加而下降，圖9是酒精傳感器的偏壓電路，表3是酒精濃度與電壓的對照表。 

在酒精感應方面，本系統使用模糊(Fuzzy)控制，本質上模糊控制是智能型控制系統的一種典型，是一種具有仿人智能的工程控制與信息處理系統，基本特點是不依賴受控對象的數學模型，主要是利用人類的操作經驗、知識和推理技術，以及控制系統的某些訊息和性能得出對應的控制動作。模糊控制系統與專家控制系統(Expert Control System)很相似，都是以推論機為核心，并把熟練操作員的知識和經驗，建構成以「若...則…」規則表示的知識庫，然后根據受控對象的現狀推論出對應操控策略。圖10是本系統酒精濃度的歸屬函數。 

本系統的電源供應電路是將汽車電池12伏特直流電經由穩壓芯片轉換為5伏特以供應電路所需電源。本系統的行車信息等訊息，除了語音告知外，均以液晶面板顯示，如圖11是GPS時間與坐標的顯示。 

本系統主要目的在于希望偵測駕駛人是否飲酒、提醒駕駛人行車狀況，以及在車輛失竊之后協尋。經過多次實際測試與修正，所有功能動作皆能正常使用，達成預期規畫的成效。至于未來開發方向，在傳感器方面應投入更多研究，以使傳感器更精準并且人性化；在GPS方面可紀錄多個拖吊管理場坐標，以便駕駛人知道汽車是被拖吊而非遭竊；在行車安全方面希望能感應出實際距離，并以語音提醒與障礙物之間的距離，以便在無人協助下能了解汽車附近狀況；在整體架構上，則必須研究如何將本系統裝置于車內，發揮應有功效。