一種基于單片機(jī)的汽車駕駛員酒駕檢測(cè)系統(tǒng)

孫恩民

摘 要：文章主要針對(duì)駕駛員酒后駕駛行為，設(shè)計(jì)了一套防酒駕系統(tǒng)，該系統(tǒng)由溫度檢測(cè)電路、酒精傳感器模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信息處理單元、報(bào)警單元組成，可以有效的阻止酒后駕駛行為。

關(guān)鍵詞：酒精傳感器；信息處理；報(bào)警單元

中圖分類號(hào)：U471 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-179-03

Abstract： The article mainly focuses on driver's drunk driving behavior， a set of anti alcohol driving system is designed. The system consists of a temperature detection circuit， an alcohol sensor module， an analog-to-digital conversion module， an information processing unit and an alarm unit.Effective prevention of drunk driving.

Keywords： Alcohol sensor； information processing； alarm unit

CLC NO.： U471 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-179-03

引言

最近幾十年中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，也帶來了汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，中國汽車銷量連續(xù)8年世界第一，私家車保有量也急劇上升。汽車成為人們?nèi)粘Ｉ钪凶畈豢苫蛉钡慕煌üぞ?，同時(shí)由于駕駛員、車輛、道路交通環(huán)境的復(fù)雜性，汽車事故量也不斷上升，其中很大一部分事故和酒后駕車相關(guān)，酒后駕駛已經(jīng)成為車禍致死的主要原因之一，成了社會(huì)穩(wěn)定的一大威脅。交通管理部門也不斷的提高酒后駕駛的懲罰力度，但是比較難從根本上解決酒后駕駛問題，由于存在一定的僥幸心理，酒后駕駛行為難以杜絕。因此，本文設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的汽車駕駛員酒駕檢測(cè)系統(tǒng)，如果檢測(cè)到駕駛員飲酒，就會(huì)通過報(bào)警燈警示駕駛員切勿駕駛車輛，酒精度超過一定的標(biāo)準(zhǔn)可以采取自動(dòng)切斷起動(dòng)電路的電源，讓車輛不能啟動(dòng)，隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，該系統(tǒng)可以和TBOX建立連接，利用TBOX發(fā)送車輛位置和駕駛員酒駕情況通過4G網(wǎng)絡(luò)傳給駕駛員家人的手機(jī)APP或者交通管理部門的終端接收裝置，以便采取進(jìn)一步措施，杜絕一切酒后駕駛汽車的行為，減少交通事故數(shù)量，給行人和乘員帶來安全感，增加社會(huì)穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車駕駛員酒駕檢測(cè)系統(tǒng)由酒精檢測(cè)單元、信號(hào)放大轉(zhuǎn)換單元、信息處理單元、溫度檢測(cè)加熱裝置、報(bào)警裝置組成，其中報(bào)警裝置由電源繼電器、警示燈和TBOX系統(tǒng)組成，如圖1所示。該檢測(cè)系統(tǒng)安裝在汽車儀表板下方，離蓄電池比較近，工作單元也在主駕位置，這樣不會(huì)增加太多的線束，利于減輕線束重量、節(jié)約成本。傳感器安裝在方向盤和駕駛員座椅上，用于采集駕駛員呼出氣體的酒精濃度，加熱裝置和溫度檢測(cè)傳感器和酒精傳感器集成一塊，酒精濃度傳感器采集的數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)相連，單片機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)過邏輯處理之后判斷駕駛員呼出氣體的酒精濃度，控制報(bào)警裝置和電源繼電器動(dòng)作，同時(shí)輸出不同頻率的PWM波形給到TBOX控制器，TBOX控制器進(jìn)行4G遠(yuǎn)程通訊，TBOX發(fā)送駕駛員飲酒情況和駕駛車輛的地理位置給駕駛家人的手機(jī)APP，如果法規(guī)強(qiáng)制的話，還可以發(fā)送相關(guān)信息給到交通管理部門，使酒駕行為透明化，從根本上杜絕一切酒后駕駛行為，同時(shí)該方案的也具有成本較低的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)整車成本增加有限，不會(huì)讓消費(fèi)者付出太多的成本，利于該方案的推廣。

2 酒駕檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

如圖2所示，酒駕檢測(cè)系統(tǒng)的電路有供電電路、溫度采集電路、酒精濃度檢測(cè)電路、信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信息處理器、報(bào)警電路等組成。

2.1 酒精檢測(cè)單元

酒精檢測(cè)單元由一組酒精傳感器組成，本系統(tǒng)的酒精傳感器采用氧化錫半導(dǎo)體，這類半導(dǎo)體具有氣敏特性，假設(shè)氧化錫接觸的空氣中的酒精濃度增加的話，它對(duì)外呈現(xiàn)的電阻值就降低，氧化錫半導(dǎo)體還有一個(gè)特性是不同的溫度下，酒精氣體的氣敏特性有一定的變化。因此為了使氧化錫半導(dǎo)體的靈敏度保持在較高水平，排除溫度對(duì)檢測(cè)靈敏性的影響，利用電阻絲對(duì)酒精傳感器加熱，為了進(jìn)一步提高靈敏性，所述傳感器有四個(gè)，采用并聯(lián)方式。

2.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換單元

該模塊的作用就是把酒精傳感器采集的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成信號(hào)處理單元能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，由于酒精傳感器的信號(hào)比較弱所以需要增加一個(gè)放大電路，本系統(tǒng)采用OPA2277pa增益芯片進(jìn)行信號(hào)的放大，該芯片具有工作電壓范圍寬，高增益比的特點(diǎn)。信號(hào)放大后在經(jīng)過TLC2543芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。TLC2543是德州儀器公司生產(chǎn)的12位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采集精度是12位，可以通過SPI和MCU通訊，通訊連接通過CS片選信號(hào)、CLOCK時(shí)鐘、DATA INPUT串行數(shù)據(jù)輸入端、DATA OUTPUT串行數(shù)據(jù)輸出端。AIN0～AIN10是模擬輸出采集端口，該芯片采樣轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC會(huì)輸出高電平。REF+和REF-是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的正負(fù)基準(zhǔn)電壓端，最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差，本系統(tǒng)REF+接VCC，REF-接GND。

2.3 信息處理單元

本系統(tǒng)的核心處理器選擇的是Atmel89C52，8位CPU；具有32個(gè)通用I/O口，片內(nèi)振蕩器，工作頻率采用12MHz；外部尋址范圍64K；5個(gè)中斷源，具備兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；全雙工串口通訊。Atmel89C52的工作溫度范圍﹣40℃到﹢85℃，可以滿足汽車應(yīng)用環(huán)境的要求。Atmel89C52可以實(shí)時(shí)處理TLC2543轉(zhuǎn)換過來的信號(hào)經(jīng)過邏輯運(yùn)算之后在控制報(bào)警單元的動(dòng)作，程序采用時(shí)間片的處理方式，10ms運(yùn)行一次。

2.4 報(bào)警單元

報(bào)警單元包括LED燈、電源繼電器、PWM硬線輸出組成。Atmel89C52計(jì)算的酒精濃度超標(biāo)之后會(huì)通過點(diǎn)亮LED燈提醒駕駛員不能駕駛車輛，如果酒精濃度高到一定程序就通過控制電源繼電器切換起動(dòng)電路的供電，使車輛不能起動(dòng)。PWM硬線輸出可以和TBOX進(jìn)行通訊，PWM硬線輸出通過頻率來表示不同的酒精濃度，參考國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布的《車輛駕駛?cè)藛T血液、呼氣酒精含量閾值與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，PWM占空比都是50%，頻率如下表：

Atmel89C52控制I/O口輸出PWM脈沖，TBOX控制器檢測(cè)酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)的輸出，如果PWM頻率高于5Hz就通過4G模組發(fā)送酒駕信號(hào)和位置信息給到駕駛員的家人手機(jī)APP或者交通管理部門的接收終端，起到定位和提醒功能，以便快速找到駕駛員，保障駕駛員的人身安全，也能避免酒后駕駛的處罰處理。

3 酒駕檢測(cè)系統(tǒng)軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能，需要在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前控制器就要進(jìn)行工作，也就是在整車點(diǎn)火檔位OFF檔下工作，所以采用整車KL30供電，上電后系統(tǒng)初始化完成，酒精檢測(cè)程序開始工作，程序工作流程如圖3所示。

首先檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)采集酒精傳感器的溫度是否在最佳工作溫度狀態(tài)，最佳工作溫度通過對(duì)酒精傳感器采集靈敏度進(jìn)行標(biāo)定得到，然后把最佳溫度輸入到軟件代碼中，如果溫度傳感器采集的溫度不在最佳工作溫度，酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)控制電阻絲對(duì)酒精傳感器進(jìn)行加熱，使傳感器工作在最佳狀態(tài)。由于酒精傳感器工作時(shí)，不同濃度下的電信號(hào)表象差異比較小，不利控制器處理，所以酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)對(duì)酒精傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大，之后在做模數(shù)轉(zhuǎn)換傳遞給MCU，MCU對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到酒精濃度在進(jìn)行放大處理，然后根據(jù)表1中列出的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，酒精濃

度達(dá)到報(bào)警等級(jí)2及以上時(shí)，MCU控制報(bào)警燈閃爍，提醒駕駛員不要進(jìn)行酒后駕駛，同時(shí)控制PWM輸出，給到TBOX控制器相應(yīng)的PWM頻率輸入。報(bào)警等級(jí)大于4時(shí)，此時(shí)駕駛員的飲酒已經(jīng)達(dá)到醉酒駕駛等級(jí)，MCU在控制報(bào)警燈閃爍的同時(shí)，也會(huì)控制繼電器吸合，切斷起動(dòng)電路的供電，使車輛不能正常起動(dòng)。TBOX可以根據(jù)酒精檢測(cè)系統(tǒng)的輸入PWM波形的頻率進(jìn)行判斷，把相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)和地理位置傳遞給駕駛員家人或者交通管理部門。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的汽車駕駛員酒駕檢測(cè)系統(tǒng)采用了一種有效的低成本方案，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員飲酒情況的檢測(cè)和處理，采用不同的報(bào)警等級(jí)提醒駕駛員，也可以通過和外接的TBOX控制器共同工作，把報(bào)警信息和地理信息傳遞給駕駛員的家人和有關(guān)部門，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以從根本上杜絕酒后駕駛行為，減少道路交通事故率，有利于社會(huì)穩(wěn)定和人民的幸福生活。

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