吳小蝶 蘇偉源 胡凱武

摘要：本文介紹了一種防酒駕裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，該裝置以 STC89C52 單片機(jī)為控制芯片，利用壓力傳感器檢測駕駛者是否上車，利用酒精傳感器和溫度傳感器分別采集車?yán)锞凭珴舛群婉{駛員體溫，融合所有傳感器數(shù)據(jù)后判斷駕駛員是否酒駕，若酒精濃度超標(biāo)以及體溫異常則關(guān)閉車輛啟動功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，該裝置實(shí)現(xiàn)了酒駕的自動檢測，可以有效防止酒駕的發(fā)生，一定程度的降低交通事故發(fā)生率，可預(yù)防交通安全隱患。

關(guān)鍵詞：防酒駕裝置;壓力傳感器;酒精傳感器;溫度傳感器

1概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國機(jī)動車保有量不斷上升，但也伴隨著因酒駕造成車禍的事件也不斷增加，給有些家庭帶來了沉重的打擊，如何采取有效的手段解決因酒駕造成的車禍問題十分必要。目前國內(nèi)外許多汽車廠家為了杜絕酒駕現(xiàn)象，都在積極研發(fā)各種“防酒駕”系統(tǒng)，主要有五種防酒駕技術(shù)，分別是酒精鑰匙技術(shù)、酒后駕駛閉鎖裝置、日產(chǎn)酒精鑰匙、酒精探測儀、激光酒精檢測儀。目前國內(nèi)檢測酒駕的方法依然很傳統(tǒng)，常見的有手持式酒精檢測儀和吹氣式酒精檢測儀，依靠交警在某個時段在道路上進(jìn)行檢測，很難做到全部覆蓋，并且在駕駛者酒駕已經(jīng)發(fā)生時才阻止，不能有效杜絕酒駕現(xiàn)象。由于交警人數(shù)和工作時間有限，并且部分駕駛者不遵守交通規(guī)則，存在一定的僥幸逃脫心理，所以很難實(shí)現(xiàn)酒駕之前就阻止出行。針對以上情況的出現(xiàn)，本設(shè)計(jì)引入多個傳感器，通過分析多個傳感染的數(shù)據(jù)并且融合起來，可在車輛啟動之前對駕駛員進(jìn)行酒精檢測和體溫檢測，若檢測出駕駛者的酒精濃度超標(biāo)和體溫異常，則通過繼電器控制車輛使其無法啟動。本設(shè)計(jì)可一定程度的降低酒駕引起的交通事故發(fā)生率，提高人身安全和交通只需，有非常廣闊的應(yīng)用前景。

2 總體方案設(shè)計(jì)

本文是基于 STC89C52 所設(shè)計(jì)的防酒駕裝置，該裝置主要由車載終端與 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸兩部分所組成，其中車載終端部分包括酒精傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器，該設(shè)備是基于自動化與智能化的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)酒駕的實(shí)時監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸，防止酒駕的發(fā)生。

防酒駕裝置的基本原理是通過車上的壓力傳感器檢測駕駛員是否在車上，檢測到駕駛員上車后啟動酒精傳感器檢測駕駛員呼出氣體的酒精濃度，啟動溫度傳感器測量駕駛員體溫，將兩個傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)融合分析后，若駕駛員酒精濃度超標(biāo)和體溫異常，則通過繼電器控制汽車的點(diǎn)火系統(tǒng)，禁止駕駛員酒駕。該裝置的具體操作流程是，駕駛員上車后，在打開點(diǎn)火系統(tǒng)前對著防酒駕檢測裝置吹氣，通過酒精傳感器模塊檢測駕駛員呼出口腔氣體的酒精濃度，酒精傳感器模塊對檢測到的氣體結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出電壓模擬信號，然后通過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊將酒精傳感器模塊得到的電壓模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī)，通過主控芯片片機(jī)對 A/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字信號進(jìn)行控制處理，與設(shè)定好的酒精濃度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較;同時通過溫度傳感器檢測駕駛員體溫是否異常。如果檢測到酒精濃度超標(biāo)和體溫異常，則禁止汽車點(diǎn)火系統(tǒng)啟動，如果酒精濃度沒有超標(biāo)以及體溫正常則讓車輛點(diǎn)火系統(tǒng)正常啟動。酒精傳感器和溫度傳感器可以安裝于方向盤下部，繼電器控制的是啟動電機(jī)電路，將其串聯(lián)于啟動電路中，該系統(tǒng)只檢測一次，一旦發(fā)動機(jī)啟動，該系統(tǒng)將失效。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

3主要模塊的型號選擇

3.1酒精傳感器模塊

人在飲酒之后，在一定的時間內(nèi)，所呼出的口腔氣體中會含有酒精成分，通過對呼出口腔氣體酒精濃度的檢測和分析比較，能夠判斷其飲酒程度。根據(jù)設(shè)計(jì)的精度要求本項(xiàng)目選用MQ-3酒精傳感器模塊，該傳感器所使用的氣敏元件是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在酒精蒸氣時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中酒精氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-3酒精傳感器對酒精的靈敏度高，可以抵抗汽油、煙霧、水蒸氣的干擾。這種傳感器可以檢測多種濃度酒精氣氛，是一種多用途的低成本傳感器。

該模塊具有DO開關(guān)信號（TTL）輸出和AO模擬信號輸出;TTL輸出有效信號為低電平（當(dāng)輸出低電平時信號燈亮，可直接連接單片機(jī)或者繼電器）;模擬量輸出的電壓，濃度越高電壓越高。本設(shè)計(jì)采用AO模擬信號輸出端輸出電壓。

需要注意的是，該模塊通電后，需要預(yù)熱20s左右，測量的數(shù)據(jù)才穩(wěn)定。

MQ-3酒精傳感器總共有四個引腳，分別為GND、DO輸出端、AO輸出端以及VCC，其中GND和VCC為芯片提供電源，DO為數(shù)字信號輸出端，AO為模擬信號輸出端;酒精檢測探頭用于檢測酒精;電壓比較器LM393用于電壓的比較，從而決定輸出電壓的大小，當(dāng)有酒精時輸出低電平，無酒精時輸出高電平;電位器用于靈敏度調(diào)節(jié);電源指示燈用于電源指示;信號指示燈用于信號指示，當(dāng)有酒精時發(fā)光，無酒精時熄滅。MQ-3 酒精傳感器電路圖如圖2所示。

當(dāng)測量濃度大于設(shè)定濃度時，單片機(jī)IO口輸出低電平，測試程序如下：

#include<reg52.h> //庫文件

#define uchar unsigned char//宏定義無符號字符型

#define uint unsigned int //宏定義無符號整型

sbit LED=P1^0; //定義單片機(jī)P1口的第1位 （即P1.0）為指示端

sbit DOUT=P2^0; //定義單片機(jī)P2口的第1位 （即P2.0）為傳感器的輸入端

void delay（）//延時程序

{

uchar m，n，s;

for（m=20;m>0;m--）

for（n=20;n>0;n--）

for（s=248;s>0;s--）;

}

void main（）//主函數(shù)

{

while（1） //無限循環(huán)

{

LED=1; //熄滅P1.0口燈

if（DOUT==0）//當(dāng)濃度高于設(shè)定值時 ，執(zhí)行條件函數(shù)

{

delay（）;//延時抗干擾

if（DOUT==0）//確定 濃度高于設(shè)定值時 ，執(zhí)行條件函數(shù)

{

LED=0; //點(diǎn)亮P1.0口燈

}

}

3.2 模數(shù)信號轉(zhuǎn)換模塊

由于酒精傳感器模塊要將駕駛員呼出口腔氣體的酒精濃度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之后才可以傳遞給主控芯片單片機(jī)，由于酒精傳感器模塊的輸出電壓信號較弱，所以需要經(jīng)過放大電路放大之后才使用，本系統(tǒng)采用 OPA2277pa 增益芯片將酒精傳感器模塊的輸出電壓信號進(jìn)行放大，放大之后通過ADC0832型轉(zhuǎn)換芯片將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

3.3溫度傳感器模塊

在飲酒之后因?yàn)橐掖伎梢源龠M(jìn)血液循環(huán)，乙醇也可以產(chǎn)生較高的熱量，大約1g酒精，可以產(chǎn)生7000卡的熱量。乙醇在乙醇脫氫酶的作用下，代謝為乙醛，而乙醛又可以使血管擴(kuò)張，因此以上幾個因素都可以使體溫輕度升高，但是一般不會超過37.5℃。如果飲酒過量導(dǎo)致了醉酒的狀態(tài)，會使得中樞受到抑制，反而會使體溫下降，這個時候體溫會比基礎(chǔ)的體溫還要低。對于飲酒來說，如果輕度的飲酒或者適量的飲酒，可以引起體溫的輕度升高。如果過量的飲酒，甚至醉酒的狀態(tài)也可以引起體溫的下降。因此本項(xiàng)目在測量酒駕時也應(yīng)該將體溫的影響因素考慮進(jìn)來，使得測量結(jié)果更加精準(zhǔn)全面。

本項(xiàng)目選用GY-906 MLX90614紅外測溫傳感器模塊，MLX90614是一款紅外非接觸溫度計(jì)。TO-39金屬封裝里同時集成了紅外感應(yīng)熱電堆探測器芯片和信號處理專用集成處理芯片。由于集成了低噪聲放大器、17位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和強(qiáng)大的數(shù)字信號處理芯片MLX90302，是的高精度和高分辨率的溫度計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。計(jì)算物體溫度和環(huán)境溫度存儲在MLX90302的 RAM單元，溫度分辨率為0.01度。

該傳感器測量溫度范圍為：環(huán)境溫度-40～125度，物體溫度-70～382.2度，精度可達(dá)正負(fù)0.1度，是一種高精度溫度傳感器。

3.4壓力傳感器模塊

通過使用壓力傳感器可以判斷駕駛員是否上車，只有在駕駛員上車后才開始啟動酒精和體溫測量。

本項(xiàng)目選用50kg電阻應(yīng)變半橋式傳感器，該傳感器內(nèi)部為1000歐半橋應(yīng)變片，量程為50kg稱重傳感器，半橋結(jié)構(gòu)。測量時，外側(cè)邊正確施加外力，E字形傳感器的應(yīng)變梁部分（即中間貼應(yīng)變片的，有白色覆膠的梁臂）和外側(cè)邊要形成一個方向相反的剪切力，即中間的應(yīng)變梁在受力下必須可以發(fā)生彎曲變化，應(yīng)變梁受力時另一側(cè)不可有阻擋物。

該傳感器內(nèi)部是一組半橋應(yīng)變片，使用的方法有三種：

1、使用一只傳感器配合外界電阻組成全橋測量，量程為一只傳感器的量程：50kg。對外界電阻要求較高。

2、使用兩只傳感器組成全橋測量，量程為兩只傳感器的量程之和：50kg*2=100kg。

3、使用四只傳感器組成全橋測量，量程為四只傳感器的量程之和：50kg*4=200kg。

3.5 GPRS通信模塊

在主控芯片單片機(jī)對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理之后會通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將處理后的數(shù)據(jù)向車主、車主親人及交警部門提交，由于汽車具有位置不定性，所以須選用無線通信模塊。本文選用SIM800C GSM GPRS模塊進(jìn)行 GPRS 通信模塊設(shè)計(jì)，當(dāng)所有傳感器數(shù)據(jù)融合后出現(xiàn)駕駛員酒精超標(biāo)和體溫異常時，GPRS 模塊會將車輛信息、定位信息、酒精濃度信息和體溫信息等發(fā)到附近的交通管理部門，從而有效對酒駕行為進(jìn)行管控。

SIM800C模塊是一款高性能高性價比工業(yè)級的GPRS模塊，本模塊可以低功耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。SIM800C模塊總共有16個引腳，如下表為SIM800C模塊的引腳功能說明。

4結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的防酒駕系統(tǒng)通過壓力傳感器檢測駕駛員是否上車，通過酒精傳感器測量酒精濃度和溫度傳感器測量體溫，通過GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了酒駕的實(shí)時監(jiān)測，防止酒駕的發(fā)生，一定程度的降低交通事故發(fā)生率，保護(hù)了人身安全和維護(hù)了社會秩序。

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