酒后駕駛無線報警系統設計與實現＊

聶 翔，王春俠

(陜西理工學院 電信工程系，陜西 漢中 723000)

隨著汽車的普及，酒后駕駛的危害日益突出。為有效控制酒后交通事故的發生，公安交管方面使用便攜式酒精檢測儀對汽車駕駛員酒后駕車做出快速檢查，測量結果可以作為客觀評判標準。然而這些工作主要用于交通事故發生后的公正執法，很難做到防患于未然。本課題把傳統的酒精檢測技術與移動通信技術結合起來，設計實現了無線預警系統，使車主與乘客在第一時間知道司機是否酒后駕駛，為高效杜絕交通事故提供技術保證。

1 檢測原理

檢測氣體中酒精含量的傳感器有燃料電池型 (電化學)、半導體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型等五種基本類型。考慮到價格和使用方便與否等因素，目前普遍使用燃料電池型(電化學型)和半導體型傳感器。使用這兩種傳感器可以制造成便攜式呼氣酒精測試儀，適合于現場檢測[1]。

半導體型傳感器以氧化錫作為半導體，當接觸的氣體中的敏感氣體濃度增加時，它對外呈現的電阻值就降低。在不同的工作溫度下，這種半導體對不同的氣體敏感程度是不同的，為了使傳感器對酒精具有最高的敏感度，在半導體型呼氣酒精測試儀中采用加熱元件，把傳感器加熱到所需的溫度。

檢測原理圖如圖1所示，采用對乙醇氣體靈敏度較高，且對其他氣體具有較高分辨率的WS-2型乙醇氣敏半導體傳感器，其響應時間小于10 s，恢復時間小于30 s，電導變化大。考慮到汽車內提供的直流電壓[2]多為12V/14V，輸入電壓采用12 V，并用LED來指示電源的接通情況LM7805輸出的5 V電壓作為傳感器的加熱電壓，并為后邊芯片提供驅動電壓。傳感器的負載電阻RP1選用 0.5 kΩ-5 kΩ的可調電阻，以達到最佳效果。

圖1 檢測原理圖

2 系統設計

當接觸到司乘人員的呼氣中有乙醇分子時，酒精傳感器的輸出電壓將發生變化，完成“氣”→“電”信號的轉換。

傳感器的輸??出電壓經過比較電路被判定為三級，分別對應“沒有飲酒”、“微量飲酒”、“過量飲酒”。微量飲酒即為酒后(駕駛)標準，對應血液酒精濃度為0.2 mg/ml，換算成呼氣濃度為44 ppm；過量飲酒即為醉酒(駕駛)標準[3]，對應血液酒精濃度為 0.8 mg/ml，換算成呼氣濃度則為176 ppm，此時比較電路的輸出控制開關電路驅動語音芯片報警；傳感器的輸出電壓經放大后加至方波發生電路，當檢測到酒精時，電路就會驅動發光二極管來控制手機自動撥號，使遠方的車主可以通過公網接收到現場的語音報警信號，使乘客與車主同時對駕駛員的醉酒情況實施監督，系統原理如圖2所示。

圖2 系統原理圖

2.1 比較電路設計

比較電路如圖3所示，選用LM339芯片的三個單限比較器對傳感器輸出信號分三個電壓限來比較判斷。輸入信號Uin加到比較器的同相輸入端，在反相輸入端接相應的閾值電壓Ur，當輸入電壓大于閾值電壓時，輸出為高電平UOH。每個電壓比較器的閾值電壓可通過調節電位器設置。

圖3 比較電路

2.2 語音報警電路設計

用比較器輸出S2和S3通過CD4052來控制語音芯片APR9600的通道M1和M2的開、關，控制語音芯片報警發聲，電路原理如圖4所示。錄入的第一段報警語句是：“司機朋友，您喝酒了，請您謹慎駕車！”第二段是：“司機朋友，您飲酒過量，請您不要開車！”

采用小功率音頻信號放大器LM386放大報警語音獲得了清晰適度的語音信號。

2.3 手機自動撥號電路設計

圖4 語音報警電路

經過測試，傳感器檢測到酒精且達到S2級酒后標準時輸出電壓為1.7 V，酒精濃度達到所設計的S3級醉酒標準時輸出電壓為3.9 V，而沒有酒精時輸出電壓不超過0.39 V。所以傳感器的輸出電壓經過LM358放大三倍后，作為NE555的工作電壓，能夠保證在檢測到酒精時，NE555能可靠工作且不至損壞。手機撥號電路如圖5所示。

圖5 手機撥號電路

當NE555輸出的矩形波低電平到來時，發光二極管熄滅，手機發射鍵上的行線和列線上的光敏電阻阻值為90 kΩ左右，手機發射鍵斷開。當矩形波高電平到來時，發光二極管發光，光敏電阻阻值變為100 Ω左右，手機發射鍵被接通。當發光二極管閃光兩次之后，相當于手機被連按兩次發射鍵，預先存儲的車主電話被打通，車主接通電話就可聽到清晰適度的預警語音。

3 測試結果及分析

3.1 傳感器模塊測試數據及分析

輸入電壓為12 V時，根據驅動電路的需要，調節負載電阻為2 kΩ可以達到最佳工作狀態，使傳感器達到最靈敏的加熱時間為5 min。對輸出電壓信號進行測試，各級輸出電壓為 S1：0.39 V，S2：1.7 V，S3：3.9 V。 經分析測試結果可知，電壓信號正常。如果汽車電池電壓過低，可以適當調高負載電阻以保證三級對應的輸出電壓保持穩定。

3.2 閾值電壓的測試結果及分析

三級閾值電壓應分別低于傳感模塊的輸出電壓，并留有適當的余量，以確保預警的可靠性。綜合考慮傳感器本身的特性參數，以及對空氣和溫度的要求，對電路中的3個10 kΩ電位器進行調節，經反復測試與分析，S1級的閾值電壓為0.20 V，S2級的閾值電壓為1.0 V，S3級的閾值電壓為2.9 V，符合實驗標準。

3.3 語音功率放大電路的測試與分析

在LM386的1腳與8腳接電容、電阻以調節電路的閉環電壓增益。經反復調試，當電容取值為10 μF、電阻值為1.2 kΩ時，電壓放大倍數達到 34 dB，可以得到清晰適度的語音報警。適當調小電阻值，可提高放大倍數。

3.4 NE555矩形波信號的測試與分析

采用NE555來產生周期性脈沖，發光二極管的發光周期不宜超過2 s，否則將會使系統不能驅動手機撥號呼叫功能而影響遠程報警。實際設計的方波周期T為1.148 s，實際運行良好。

實驗顯示，采用基于現有公網的無線通信方式，可大大提高報警系統的通信可靠程度，而且通信距離不受限制，從而實現車主對汽車的遠距離實時監控。由于車主為法定責任人，車主對駕駛員的控制力遠遠高于乘客，這樣的配置可以幫助車主從源頭上杜絕酒后駕駛。整個系統采用汽車電源供電，主要費用為移動卡的月租費，用手機作為發射機省去了很多軟硬件費用[4-5]。實驗采用了普通手機，三種公用網絡(電信、移動、聯通)都收到了預期的預警語音(或短消息)。通過適當改造，系統還可用于車主對汽車防盜的要求，也可用于無人值守的倉庫防護、樓門禁入等場合。系統充分利用了現有的公用通信資源，大大降低了成本，因而具有較好的推廣價值。

[1]林吉申，黃文風，武建珊.手持式乙醇測試儀的研制[J].傳感器技術，2000(2)：45-47.

[2]秦云.汽車電子新技術綜述[J].輕型汽車技術，2008，221-222(1/2)：38-41.

[3]中華人民共和國國家標準：GB19522—2004，車輛駕駛人員血液、呼氣酒精含量閾值與檢驗[S].

[4]馬勝前.遠程智能監控系統的設計與實現[J].電子技術應用，2007，33(9)：93-96.

[5]呂芳，胡林靜，臧琛.基于TC35 GSM的汽車防盜報警系統的軟件設計[C].第三屆全國嵌入式技術和信息處理聯合學術會議，2009：125-127.