基于壓力傳感器防作弊的防酒駕系統(tǒng)設(shè)計

薛興樂 楊鑫茹 岳嘉瑜 韓銳 呂家樂 姚榮濤 高哈爾·霍生拜克

摘? ?要：酒后駕駛是引發(fā)交通事故的重要原因之一，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來巨大損失。本防酒駕系統(tǒng)結(jié)合壓力傳感器防止他人代替駕駛員吹氣，若檢測到駕駛員有作弊行為則重啟吹氣檢測。在無作弊情況下檢測到駕駛員未酒駕則汽車可以正常啟動。若檢測到駕駛員試圖酒駕，汽車無法啟動，通過蜂鳴器語音提示駕駛員，并通過GSM模塊通知其緊急聯(lián)系人。實驗證明，系統(tǒng)可以達到很好的防酒駕效果，為防酒駕系統(tǒng)的設(shè)計提供了新思路。

關(guān)鍵詞：防酒駕? 防作弊? 壓力傳感器? 吹氣檢測? 駕駛安全

2019年上半年，我國共查處酒駕醉駕90.1萬起，其中醉酒駕駛17.7萬起。目前國內(nèi)外已應(yīng)用如下四種防酒駕方法。交警部門使用便攜式呼吸式酒精測試儀，檢測駕駛員血液中的酒精濃度是否超標，但需較大的人力和物力，且只能抽樣檢測;瑞典薩博使用Alcokey酒精鑰匙法，成本較高，只針對固定的車型，適用范圍窄，不易推廣;美國國家公路安全管理局使用紅外線檢測駕駛員血液的酒精濃度，在駕駛員未飲酒且有觸摸酒精制品時，會產(chǎn)生誤判;山東省德州學(xué)院的常進等使用方向盤上的呼氣檢測裝置，雖可以有效檢測駕駛員是否飲酒，但無法防止他人代替駕駛員進行酒駕檢測。

本文設(shè)計了一種基于壓力傳感器防作弊的防酒駕系統(tǒng)，并通過實驗探究了系統(tǒng)防酒駕的效果，為防酒駕系統(tǒng)的設(shè)計提供參考和借鑒。

1? 防作弊系統(tǒng)設(shè)計原理

設(shè)計了一套邏輯嚴密的防作弊機制，能夠有效防止他人代替駕駛員吹氣檢測。在駕駛員進行吹氣檢測時，若檢測到有作弊行為則檢測結(jié)果無效且重啟吹氣檢測。

（1）在駕駛員吹氣時，要求車門關(guān)閉、主駕駛艙關(guān)閉、其他乘客正常落座并規(guī)范使用安全帶。汽車座位和地板上的壓力傳感器、車門開關(guān)、主駕駛車窗開關(guān)和安全帶卡槽處開關(guān)檢測上述要求是否完成。目的是確保由駕駛員本人完成吹氣檢測。

（2）吹氣口安裝在汽車方向盤中心靠上位置，目的是在車內(nèi)人員正常落座的情況下，只有駕駛員可以完成吹氣檢測。

（3）駕駛員吹氣后、汽車啟動前，若有人上下車，系統(tǒng)將重新啟動。若汽車啟動后又停下，再次啟動前本系統(tǒng)也會重新啟動。目的為防止汽車中途更換駕駛員。

2? 硬件系統(tǒng)

硬件主要分為信息收集系統(tǒng)、信息輸出系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換模塊和單片機控制器等四部分。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

信息收集系統(tǒng)檢測到的信息經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后輸入到單片機中，經(jīng)過單片機進行信息處理判斷駕駛員是否飲酒和吹氣時是否存在作弊行為，進而通過信息輸出系統(tǒng)輸出一定形式的信息。

2.1 壓力傳感器

采用RP-L電阻式壓力傳感器來檢測車內(nèi)乘客落座后的壓力信息，傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快和穩(wěn)定性好的特點。其基本檢測原理是將采集到的壓力值轉(zhuǎn)換成電壓信號，并根據(jù)輸出電壓值的大小確定檢測壓力的大小。對RP-L電阻式壓力傳感器的輸出特性進行了檢測實驗，輸出電壓U與檢測壓力F近似呈線性正相關(guān)關(guān)系，如圖2所示。

2.2 吹氣裝置位置設(shè)計

吹氣裝置包括吹氣口、氣體導(dǎo)管、MQ-3酒精傳感器、MH-Z14A二氧化碳傳感器及塑料外殼等。如圖3所示，位置設(shè)計在方向盤中上部，在滿足主駕駛艙關(guān)閉及車內(nèi)所有人員正常落座的條件下，只有駕駛員嘴部可以觸及。通過吹氣口位置的優(yōu)化設(shè)計可以有效防止其他人代替駕駛員進行吹氣檢測。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計

汽車啟動前，系統(tǒng)首先檢測車內(nèi)空氣中的酒精，若含量超過閾值，則要求駕駛員進行吹氣檢測。在駕駛員吹氣檢測時，由壓力傳感器、車門車窗開關(guān)和安全帶卡槽開關(guān)檢測是否有他人代替駕駛員吹氣，若有作弊行為則檢測結(jié)果無效，重啟吹氣檢測流程。由二氧化碳傳感器檢測駕駛員是否完成吹氣過程，若檢測到駕駛員沒有進行吹氣，檢測過程中斷，汽車不能啟動。

若吹氣檢測時無作弊行為發(fā)生且駕駛員呼出氣體酒精濃度超過設(shè)定閾值，則系統(tǒng)禁止汽車發(fā)動機啟動，并通過蜂鳴器語音提示“您因為飲酒不能駕車，請注意安全”，以及通過GSM模塊聯(lián)系其緊急聯(lián)系人，通知其盡快介入以保護駕駛員安全。若檢測到駕駛員呼出氣體的酒精濃度未超過設(shè)定閾值，汽車可以正常啟動。系統(tǒng)具體的工作流程如圖4所示。

4? 實驗驗證

為檢驗不同實際情況下系統(tǒng)對駕駛員酒駕及是否存在作弊行為的判別情況，進行了系統(tǒng)防酒駕效果探究實驗。系統(tǒng)實物模型如圖5所示的，實驗采用某品牌普通乘用車，空氣質(zhì)量情況為正常，環(huán)境溫度為20℃。共有3名實驗對象，分別編號A、B、C，身體狀況均為健康，體重分別為65kg、73kg、和52kg，A飲用50mL某品牌38度白酒1小時后參與實驗，B、C未飲酒。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)預(yù)期功能，在多種現(xiàn)實情況下均可以有效地檢測到駕駛員是否酒駕，并有效防作弊。

5? 結(jié)語

結(jié)合壓力傳感器、酒精傳感器、二氧化碳傳感器與單片機控制器等，設(shè)計了一套具有防作弊功能的防酒駕系統(tǒng)。在汽車啟動前若檢測到車內(nèi)空氣酒精含量超過閾值則要求駕駛員通過吹氣裝置檢測，并在期間防止其作弊，在檢測到駕駛員未酒駕且未發(fā)生作弊行為時汽車才能啟動。

通過實驗驗證系統(tǒng)可以準確檢測駕駛員是否飲酒，并防止駕駛員吹氣檢測時各種作弊情況的發(fā)生，有效保證檢測結(jié)果的準確性。系統(tǒng)安裝方便、成本較低，可以通過開車前檢測的方式高效防止駕駛員酒后駕駛，為廣大車主駕駛安全保駕護航。

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