車載即時測健康防酒駕智能檢測器的設計

馬圣乾，王齡輝，曾凡宗

(泰山學院物理與電子工程學院，山東 泰安 271021)

1 引言

近年，隨著經濟的快速發展，汽車逐漸走進千家萬戶.但隨之而來的醉酒駕駛成為困擾人們心頭的一個大問題，每天都有車禍在發生，使人們生命安全和財產受到極大威脅，并因此造成巨大浪費和無可挽回的巨大損失，而很多的車禍又是由于醉酒駕駛引起的，醉酒駕駛會引起:(1)觸覺能力降低.飲酒后駕車，由于酒精的麻醉作用，人的手、腳的觸覺較平時降低，往往無法正?？刂朴烷T、剎車及方向盤.(2)判斷能力和操作能力降低.飲酒后，對光、聲刺激反應時間延長，本能反射動作的時間也相應延長，感覺器官和運動器官，如眼、手、腳之間的配合功能發生障礙.因此，無法正確判斷距離、速度.(3)視覺障礙.飲酒后可使視力暫時受損，視像不穩，辨色能力下降，因此不能發現和正確領會交通信號、標志和標線.同時飲酒后視野大大減小，視像模糊，眼睛只盯著前方目標，對處于視野邊緣的危險隱患難以發現，易發生事故.(4)心理變態.在酒精的刺激下，人有時會過高地估計自己，對周圍人的勸告常不予理睬，往往干出一些力不從心的事.(5)疲勞.飲酒后易困倦，表現為行駛不規律，空間視覺差等疲勞駕駛的行為.

目前，對酒駕的檢測和判斷，只是停留在交警用酒精檢測儀通過哈氣的方式，這種檢測比較費時費力，有時還不是十分準確，要有很可靠的判斷需要到醫院抽血化驗等，需要時間比較長，況且并不是每個交警都能夠把每一位喝酒駕駛的駕駛員都能查到，有很大的局限性.鑒于這種狀況，我們通過查讀文獻，設計防酒駕智能檢測器.首先，它安裝在駕駛室內部，有很強的針對性和可靠性;其次，是能夠通過檢測駕駛室內的酒精濃度和對駕駛員心率變化等因素綜合檢測;最后，可以時時處處實現對駕駛員狀態的監控，并作出即時處理.當然也可以對有心臟病或者年齡比較大的駕駛員的健康進行監控.

2 系統的構成

系統組成由正負12V穩壓電源，酒精傳感器，A/D轉換器，單片機，電源鎖閉電路，方向盤式心率計等組成，本設計包括了由LM7812，KA7912，LM7805芯片組成的穩壓電源，由ADC0809和89C51或89C52芯片控制的酒精濃度感應和心率計;穩壓電源部分主要是為了提供一個穩定的能提供+12V，－12V，+5V的直流電壓源.酒精感應部分主要采用了氣敏傳感技術，通過功率放大，完成對酒精濃度測試的功能.在氣敏傳感器感應到了酒精濃度超標時，將電信號轉變成音頻信號輸出，心率指標信號輸出與閾值比較超標時，用繼電器鎖閉汽車的點火系統.它們之間的關系如圖1所示.

圖1 系統構成圖

系統所用AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS－51指令系統，片內置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元［5］.其主要特性為:與MCS－51兼容，4K字節可編程閃爍存儲器，壽命為1000寫/擦循環，數據可保留10年時間，全靜態工作0Hz－24MHz，三級程序存儲器鎖定，128×8位內部RAM，32可編程I/O線，兩個16位定時器/計數器，5個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內振蕩器和時鐘電路.系統內的酒精傳感器選擇的型號為TP－3，它是呼出酒精測試儀，該敏感元件由納米級SnO2及適當摻雜混合劑燒結而成，具微珠式結構，應用電路簡單，可將電阻變化改變為一個輸出信號，與酒精濃度相對應.TP－3型傳感器對空氣中的低濃度酒精有極高的靈敏度.采用微處理程序及專門軟件來處理傳感器的控制信號.其特點有快速響應(≤5S)恢復(≤10S);優異的穩定性/長壽命;功耗低(≤360mW)、微型化設計溫濕度影響小等(參看表1).還選擇了美國Dallas半導體公司的數字溫度傳感器DS18B20.它是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在其內部使用了在板(ON－BOARD)專利技術.全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內.一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念.溫度范圍－55℃～+125℃，在－10～+85℃時精度為±0.5℃，可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現高精度測溫.

表1 TP－3傳感器的特點

3 系統的設計

針對在系統設計和制作過程中遇到的問題，通過集思廣益，使測量更加實用、準確，從眾多的設計方案中對下列幾種方案形成共識，并在實際中得以充實完善，首先設計出了酒精檢測器的電路(如圖2)，在細節上考慮得更加貼近實際，測量更加準確，系統運行更加成熟，特別遴選出以下幾種設計思路.

圖2 酒精檢測器原理圖

設計思路一:由于汽車空間較大，喝酒人進入駕駛室后，其酒精分子彌漫整個空間，給測量帶來了困難.針對這種情況，設計的思路是在駕駛室內進行多點測量，即在駕駛室內部裝設多處測量點，然后根據測得的結果進行比較，通過比較可以確定酒精分子濃度高的位置是否是駕駛員的位置，如果是馬上切斷電源，關閉汽車的啟動裝置，讓汽車無法行駛.

設計思路二:針對設計思路一必須多點測量和檢測，需要對這些信息對比分析，主要用來區分是否是駕駛員位置的酒精濃度高，顯然誤差較大，要求設備的靈敏度要高，隨著時間的延長，酒精在擴散，而車內探頭的增多，使該檢測器的成本增加，同時影響車的美容，我們的思路是在駕駛員位置安裝一個自動的封閉系統，只要打開車門，該系統將駕駛室完全罩起，即使坐車的人喝了酒，也不會影響到駕駛室內部的酒精濃度，使測量更準確，動作更可靠.待搜集完數據后，根據數據的情況，由單片機發出指令，關閉自動封閉系統，打開汽車的點火系統［1－4］;如果收集的數據不合理，則關閉汽車的點火系統(如圖3).

圖3 系統檢測圖

設計思路三:結合上面兩種思路，剛上車采用思路二進行檢測，能夠確保第一時間對駕駛員進行檢測，根據具體情況依據圖2進行判斷，把酒駕消除在萌芽狀態，在行駛途中采用思路一不定時隨機檢測，如果發現異常，能夠在第一時間將車輛通過報警聲音提示司機把車靠在路邊，幾分鐘后自動關閉系統工作，將車鎖定，這樣把存在的弊端就在無形中消除.既能防止測量的不準確，又能杜絕半路換司機的情況出現，對酒駕能夠起到控制和消除的作用，讓酒駕不再發生.

4 總結

對于酒駕查處，雖然力度、頻度都比較大，也使酒駕迅速減少，但是交警通常采用在路邊“守株待兔”的方式，這種方式比較辛苦，況且有的車輛不經過檢查地點，就逃脫了檢查和處罰.設計檢測器使監測變的方便，并且讓醉酒的駕駛員不能發動汽車，從而減少了醉酒駕駛的可能性，同時大大減少了交通事故的發生，較好地保護了人民的生命和財產安全.

［1］陳新亞.汽車為什么會“跑”，圖解汽車結構與原理［M］.北京:機械工業出版社，2009.

［2］吳基安.汽車電氣電子工程師手冊［M］.黑龍江:黑龍江科學技術出版社，2005.

［3］王囤.現代汽車點火系統——電子點火與微機控制點火［M］.西安:西安交通大學出版社，1997.

［4］麻友良.汽車點火系統原理與故障檢修實例［M］.北京:機械工業出版社，2010.

［5］趙佩華.單片機接口技術及應用［M］.北京:機械工業出版社，2003.