基于物聯(lián)網(wǎng)的酒駕預(yù)檢測(cè)系統(tǒng)

陳 坤 張智超1， 羅 旭1， 王金瑞

（1.吉林建筑大學(xué)事故預(yù)防科學(xué)研究院，吉林 長春130000；2.吉林建筑大學(xué)，吉林 長春130000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長和國民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的工具。截至2018年6月底，全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)3.19億輛，酒后駕車、疲勞駕駛等現(xiàn)象隨著私家車數(shù)量的增多也呈現(xiàn)出不斷上漲的趨勢(shì)。僅在2018年，全國發(fā)生的24.5萬起交通事故中，因醉駕、酒駕所導(dǎo)致的事故占55%。酒后駕車、疲勞駕駛、高速駕現(xiàn)是如今導(dǎo)致我國交通事故高發(fā)的三大元素[1]。

酒駕檢測(cè)一般分為：呼氣檢測(cè)、唾液檢測(cè)、尿液檢測(cè)、血液檢測(cè)。這幾種檢測(cè)方法能快速準(zhǔn)確地判斷駕駛員當(dāng)前的生理狀況。現(xiàn)階段的酒駕檢測(cè)方式幾乎都是在車輛行進(jìn)過程中叫停汽車并通過呼氣式酒精檢測(cè)儀的方式來實(shí)現(xiàn)酒駕檢測(cè)，這種檢測(cè)方式有覆蓋面不廣和隨機(jī)性較大等缺陷，沒有從源頭入手，不能有效降低酒駕、醉駕等行為的發(fā)生概率。如何快速地、高效地、全面地對(duì)駕駛員進(jìn)行酒駕檢測(cè)，將醉駕酒駕行為阻止在汽車發(fā)動(dòng)之前，這是當(dāng)前交通安全領(lǐng)域亟待解決的問題。

1 物聯(lián)網(wǎng)

在20世紀(jì)末，由MIT Auto-ID的Ashton教授提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念，在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，形成“物與物之間的網(wǎng)絡(luò)”，實(shí)現(xiàn)物與物之間的信息通信與傳輸[2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷提升與發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也廣泛應(yīng)用于日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)也是國家“十二五”規(guī)劃的重點(diǎn)之一。物聯(lián)網(wǎng)在體系結(jié)構(gòu)上分為三個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[3-6]。感知層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的獲取，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理、化學(xué)等變化參數(shù)的識(shí)別和信息處理。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸與通信，是感知層與應(yīng)用層的橋梁。應(yīng)用層將獲取的底層數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在不同領(lǐng)域的各種應(yīng)用[7]。

2 酒駕預(yù)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

感知層設(shè)置了指紋識(shí)別模塊、酒精檢測(cè)模塊、ZigBee模塊和數(shù)據(jù)采集模塊等。指紋識(shí)別模塊用于確認(rèn)當(dāng)前操作者為駕駛員本人，防止“代檢”現(xiàn)象的發(fā)生。酒精檢測(cè)模塊位于集成在裝置上的呼氣式酒精檢測(cè)儀，用于判斷駕駛員當(dāng)前酒駕狀況。數(shù)據(jù)采集模塊將傳感器收集到的模擬量轉(zhuǎn)為AD值，通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸至App端顯示并等待下一步操作。

網(wǎng)絡(luò)層利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)包括控制模塊和Link節(jié)點(diǎn)。控制模塊負(fù)責(zé)利用無線通信模塊連接服務(wù)器進(jìn)行雙向通信；Link節(jié)點(diǎn)連接無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向通訊。

應(yīng)用層利用TCP協(xié)議作為通信手段，通信軟件與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間相互通信。

2.2 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)主要硬件包括STM32單片機(jī)、AS608指紋識(shí)別模塊、TGS822酒精檢測(cè)模塊、ZigBee通信模塊[8]、供電模塊等。系統(tǒng)硬件框架圖見圖1。系統(tǒng)開始工作后，指紋識(shí)別模塊負(fù)責(zé)獲取駕駛?cè)说闹讣y信息用于判斷身份，酒精檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)判斷駕駛?cè)藛T的酒駕情況，一旦發(fā)現(xiàn)呼氣酒精含量高于預(yù)設(shè)閾值，將通過聲光報(bào)警模塊對(duì)駕駛?cè)藛T發(fā)出警報(bào)。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

2.3 系統(tǒng)主要子程序

軟件部分采用自上而下的模塊化程序設(shè)計(jì)，在檢測(cè)流程中，首先確認(rèn)駕駛?cè)说纳矸菪畔?，然后進(jìn)行呼氣酒精檢測(cè)，兩項(xiàng)檢測(cè)通過后系統(tǒng)解鎖電磁鐵制動(dòng)踏板以供駕駛員正常行駛。否則單片機(jī)將通過AT指令驅(qū)動(dòng)ZigBee模塊將當(dāng)前違法數(shù)據(jù)信息傳輸至手機(jī)App端進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通報(bào)與懲處。系統(tǒng)主要子程序見圖2。

圖2 系統(tǒng)主要子程序

2.4 電磁體制動(dòng)踏板

電磁鐵制動(dòng)踏板改裝于原汽車制動(dòng)踏板，通過電磁鐵將制動(dòng)踏板吸附在汽車地板的金屬凹槽中。當(dāng)未通過身份核驗(yàn)和酒駕檢測(cè)時(shí)，制動(dòng)踏板處于吸附狀態(tài)，汽車無法正常使用；當(dāng)通過身份識(shí)別、酒精檢測(cè)兩項(xiàng)檢測(cè)后，單片機(jī)發(fā)出指令斷開電磁鐵的供電，使制動(dòng)踏板彈出并可正常使用。這種帶有限制行為的設(shè)定可以更好地規(guī)范駕駛員的行為，使其在沒有通過酒精檢測(cè)時(shí)無法正常用車。電磁鐵制動(dòng)踏板見圖3。

圖3 電磁鐵制動(dòng)踏板

2.5 疲勞駕駛預(yù)警功能

系統(tǒng)設(shè)置了疲勞駕駛預(yù)警功能，與配套的App互動(dòng)。依據(jù)《中華人民共和國道路交通安全法實(shí)施條例》中的相關(guān)規(guī)定，如駕駛員連續(xù)駕車4小時(shí)而未停車休息屬于疲勞駕駛的范疇。系統(tǒng)從電磁鐵制動(dòng)踏板解鎖后開始計(jì)時(shí)，如駕駛員連續(xù)駕車4小時(shí)未停車休息，系統(tǒng)通過手機(jī)麥克風(fēng)對(duì)駕駛員進(jìn)行語音提示，若連續(xù)三次提醒還未停車休息，系統(tǒng)會(huì)將當(dāng)前違法信息聯(lián)網(wǎng)傳輸至交警管理部門按照相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行下一步的處罰，子程序見圖4。

圖4 疲勞駕駛預(yù)警子程序

2.6 系統(tǒng)運(yùn)行流程

（1）一車一機(jī)，首次使用時(shí)，駕駛員應(yīng)錄入其指紋信息，系統(tǒng)將信息存儲(chǔ)至云端服務(wù)器。

（2）啟動(dòng)電源，等待系統(tǒng)初始化。

（3）指紋檢測(cè)確認(rèn)駕駛員身份。

（4）呼氣酒精檢測(cè)判斷駕駛員酒駕情況。

（5）通過檢測(cè)后，系統(tǒng)將放開鎖死的電磁鐵制動(dòng)踏板，可正常行車，否則將當(dāng)前違法信息發(fā)送至交通管理部門進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)處罰。

（6）系統(tǒng)在電磁鐵制動(dòng)踏板解鎖后開始計(jì)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到駕駛員連續(xù)駕車超過4小時(shí)時(shí)，將發(fā)出語音提醒駕駛員休息。三次提醒過后系統(tǒng)會(huì)將當(dāng)前違法信息上報(bào)。

3 結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)階段酒駕檢測(cè)方式存在的檢測(cè)范圍覆蓋不廣、檢測(cè)隨機(jī)性過高等缺陷，設(shè)計(jì)了一種禁止酒駕的預(yù)先檢測(cè)系統(tǒng)。不同于傳統(tǒng)檢測(cè)手段，本系統(tǒng)在駕駛員行車之前通過指紋識(shí)別模塊確認(rèn)其身份，防止“代檢”現(xiàn)象的發(fā)生，隨后進(jìn)行呼氣式酒精測(cè)試判斷駕駛員酒駕狀況。通過兩項(xiàng)檢測(cè)后，系統(tǒng)將放開電磁鐵制動(dòng)踏板的控制權(quán)限，駕駛員能夠正常進(jìn)行行車操作。系統(tǒng)還設(shè)定有疲勞駕駛預(yù)警功能，根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)，在駕駛員連續(xù)駕駛超過4小時(shí)時(shí)發(fā)出警報(bào)。

通過這種帶有限制駕駛員行為和對(duì)違法行為進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)懲處的酒駕檢測(cè)方式，能夠?qū)⒕岂{、醉駕行為阻止在汽車發(fā)動(dòng)之前，解決現(xiàn)階段酒駕檢測(cè)方面的不足與缺陷，最大限度地從根源上減少酒駕、醉駕等情況的發(fā)生。