酒駕報警儀的設計

孫玉生 付強 于茜 王宇陽 武傳勝

【摘要】隨著城市交通規模的發展和擴大，醉酒駕車和酒后交通事故越來越受到社會各界的關注。酒后駕駛發生交通肇事，不僅給國家造成巨大經濟損失、給受害人和駕車人雙方家庭造成家破人亡的悲劇，而且嚴重影響交通破壞社會和諧。

【關鍵詞】紅外光；酒精檢測器；光譜分析儀

一 前言

酒后駕車造成交通事故不計其數，帶來很大危害。各國都在采取各種方法來解決這個問題，但最終沒有找到一個很好的解決方法。美、日等國的研究表明，血液中酒精濃度為0.03%、0.09%、0.15%時，駕駛能力分別可下10%、25%、30%。飲酒可致駕駛員視覺功能、觸覺敏感度、判斷能力、注意力等下降，從而致交通事故的發生。而醉酒駕車是指車輛駕駛人員血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100mL的駕駛行為。

2 車內酒精測試系統組成

整個產品由紅外光發射、接收器，壓力傳感器，頻譜分析儀，光電轉換器，控制器和警示燈組成。頻譜分析儀分析酒精含量，光電轉換器將接收到的光信號轉換為電信號，電信號輸入到控制系統，控制系統控制制動和警示燈，車的前后分別安裝有兩個警示燈，前后的警示燈可以提示該車的前、后車司機，該車是否為酒后司機駕駛，同時兩個警示燈還可被路邊電子攝像頭拍攝，類似于攝像頭拍攝超速行駛車輛一樣，可作為開出罰單的依據。

前端由紅外線發射端和接收端組成，紅外光發射端和接收端安裝在車的駕駛座的上方，能使發出的紅外光照射到司機。當司機坐到駕駛座上時，壓力傳感器受到壓力的作用，啟動整個系統；安裝在駕駛座上方的紅外線發射端將發出紅外光，發射出的紅外光照射到司機的皮膚上，經過皮膚的吸收、反射之后，由接收端接收由皮膚反射回來的紅外光，接收到的反射光將傳入頻譜分析儀；頻譜分析儀根據反射紅外光的頻譜情況，對比分析反射光的頻譜組成，將光信號輸入到光電信號轉換儀中；光電信號轉換器將光信號轉換成電信號，電信號輸入到控制系統；控制系統將根據由光電轉換器輸入的電信號強弱，選擇發出控制系統中的指令。控制系統中的指令包括：警示燈不亮、汽車不制動；警示燈亮、汽車不制動；警示燈亮、汽車制動。

整個系統的啟動依靠設在座椅上的壓力傳感器來控制，當壓力傳感器受到一定的壓力時，控制開關接通電源，整個系統的電路電源接通，紅外光發射端發出紅外光，紅外光經過皮膚的吸收、反射之后由接收端接收反射回來的紅外光。

頻譜分析儀根據普通人和飲酒后人的皮膚吸收紅外光中各頻段光的量不同而制成。紅外光的發射端發出各個頻段光量相等的紅外光，接收端接收皮膚反射回來的紅外光，輸入到頻譜分析儀，頻譜分析儀分析接收到的各個頻譜段的光量，根據接收到的各個頻段的光量情況，分析被檢測人的飲酒量，將分析后的信號輸入給光電信號轉換器。而飲酒后人體的皮膚吸收某個頻段的光量情況，根據實驗分析飲酒量和吸收該頻段光量的比例來確定，通過實驗形成數據庫，通過數據庫找到飲酒量與皮膚吸收各頻段的光量的比例關系，通過比例關系形成頻譜分析儀中的分析程序。從而根據飲酒量的多少轉換成了光信號。

光電轉換器主要是將由頻譜分析儀分析之后的光信號轉換成電信號。光電轉換器根據頻譜分析儀分析出來的司機皮膚中的酒精含量，輸出大小不一樣的電信號。輸出的電信號輸入到控制系統中。

控制系統由邏輯組合電路組成，當輸入的電信號小于或等于設定的普通人的電信號時，警示燈不亮、汽車不制動；當輸入的電信號大于普通人而小于醉酒者的電信號時，警示燈亮、汽車不制動；當輸入的電信號大于或等于醉酒者的電信號時，警示燈亮、汽車制動。這樣就能控制了醉酒駕駛者，并且能夠給別人提示，自己身邊的車輛是否是酒后司機駕駛，給別人有了一定的主動性。同時也比較的人性化，有些人雖然喝了一些酒但還沒喝醉，還能夠駕駛車輛的，我們給他們打上了標示，以便交通警察開出罰單和鄰近酒后司機駕駛車輛的司機的自主性，同時還給過馬路的行人一個提醒，在酒后司機駕駛的車輛行駛在路上時，是否選擇過馬路。

警示燈的顏色我們會選擇顏色比較鮮艷，能夠在遠距離、雨天和濃霧天氣中不影響到觀察。比如黃色等。并且燈光我們會采用閃爍式的，那樣更能引起人們的注意，起到提醒的作用。警示燈安裝的時候應該選擇在前后車牌的附近，那樣路邊電子攝像頭拍攝到警示燈亮時也能拍攝到車牌號碼。

3 車內酒精測試儀器選擇

本論文中我們選擇的是傅立葉變換紅外光譜儀，傅立葉變換紅外光譜儀是二十世紀七十年代問世的，屬于第三代紅外光譜儀，它是基于光相干涉原理而設計的干涉型紅外光譜儀。傅立葉變換紅外光譜儀具有掃描速度快，光通量大，分辨率高，測定光譜范圍寬，適合各種聯機等優點。

傅立葉變換紅外光譜儀沒有色散元件，主要由光源、干涉儀、檢測器、計算機和記錄儀等組成。其核心部分是邁克爾遜干涉儀（見圖1）。它將光源來的信號以干涉圖的形式送往計算機進行傅立葉變換的數學處理，最后將干涉圖還原成光譜圖。干涉儀由定鏡、動鏡、分束器和探測器組成，其中分束器（簡稱 BS）是核心部分。分束器的作用是使進入干涉儀中的光，一半透射到動鏡上，一半反射到定鏡上，又返回到 BS 上，形成干涉光后送到樣品上。不同紅外光譜范圍所用的 BS 不同。

傅立葉變換紅外光譜儀通常使用的光源是能斯特燈、硅碳棒或涂有稀土化合物的鎳鉻旋狀燈絲；檢測器多使用熱釋電檢測器和碲鎘汞檢測器；紅外譜圖的記錄、處理一般都是在計算機上進行的。目前國內外都有比較好的工作軟件，如美國 PE 公司的spectrum v3.01，它可以在軟件上直接進行掃描操作，可以對紅外譜圖進行優化、保存、比較、打印等。此外，儀器上的各項參數可以在工作軟件上直接調整。

整個控制系統如下：

系統采用的是邏輯組合電路，根據輸入的電信號，要控制兩個開關，分別整個的控制系為S1，S2。開關S1控制警示燈，開關S2控制汽車的制動。當輸入的電信號的值小于或等于A時，開關S1，S2均斷開，即警示燈不亮、汽車不制動；當輸入的電信號的值大于A小于B時，開關S1閉合，開關S2斷開，即警示燈亮、汽車不制動；當輸入的電信號的值大于或等于B時，開關S1和S2均閉合，即警示燈亮、汽車制動。

假設基準電源Rref1=5V，Rref2=10V 輸入信號Uin

Rref1即為A：普通人和飲酒者之間區分點的電信號的電壓值；

Rref2即為B：飲酒者和醉酒者之間區分點的電信號的電壓值；

Uin：光電轉換器的輸入給控制器的電壓值。

S1為低電平時即為S1斷開，警示燈不亮；

S1為高電平時即為S1閉合，警示燈亮；

S2為低電平時即為S2為斷開，汽車不制動；

S2為高電平時即為S2閉合，汽車制動。

參考文獻：

[1]黃樹泉.酒后駕車的安全心理分析[J].安全，2011，（07）

[2]道路交通安全法

[3]李月喬.數字電子技術基礎.中國電力出版社

[4]楊素行.模擬電子技術基礎簡明教材.高等教育出版社，2013：613-99

[5]哈爾濱工程大學畢業設計（論文）

[6]張玉仙等.第三屆全國敏感元件與傳感器學術會議論文集，北京.2012：122-124