基于移動(dòng)通信和GPS的酒駕報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

石富才（湖北工程學(xué)院,湖北　孝感　432000）

基于移動(dòng)通信和GPS的酒駕報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

石富才
（湖北工程學(xué)院,湖北孝感432000）

隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠帧Ｍ瑫r(shí)，隨著汽車的普及，交通事故也越來越頻繁，其中就有很大一部分是因?yàn)榫坪篑{駛造成的，這給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失，酒后駕駛也被冠以“馬路殺手”的稱號(hào)。因此，本文將提出一種車載自動(dòng)檢測(cè)酒后駕駛的新技術(shù)——移動(dòng)通信和酒駕報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到交警站的方式，大大改善了現(xiàn)有檢測(cè)方式帶來的弊端，使享受生活和尊重生命完美結(jié)合。

酒后駕車;酒精檢測(cè);智能管理;GPS;移動(dòng)通信(GSM)

1　緒論

1.1課題研究的背景和意義

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)全球每年有130多萬人死于交通事故，而酒后駕駛占其中的50%～60%，顯然酒后駕駛已經(jīng)成為交通事故的重大隱患，其危害觸目驚心。防酒后駕駛迫在眉睫但解決起來非常困難，可謂任重道遠(yuǎn)，也需要我們投入更多的物力、財(cái)力和人力。

同時(shí)根據(jù)GPS系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到交通管理部門，交警可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果做出相應(yīng)的處理，從而大大提高了交通管理部門的執(zhí)法效率，減少了執(zhí)法過程對(duì)社會(huì)資源的浪費(fèi)。同時(shí)，避免了不必要的交通滯留，減少了環(huán)境污染，提高了執(zhí)法部門的公信力。

1.2課題的研究方向和內(nèi)容

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)交警通過交警基站時(shí)時(shí)監(jiān)控酒后駕駛車輛，并根據(jù)不同的檢測(cè)結(jié)果快速做出相應(yīng)的處理方案，最大化的提高工作效率、節(jié)約社會(huì)資源。該系統(tǒng)主要包含六大模塊：酒精檢測(cè)、移動(dòng)通信、提示、控制、存儲(chǔ)和GPS定位模塊。系統(tǒng)將通過不同的酒精檢測(cè)結(jié)果來決定是否觸發(fā)提示模塊、移動(dòng)通信模塊和GPS定位模塊。

2　　系統(tǒng)概述

酒精檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)包括：酒精檢測(cè)模塊、移動(dòng)通信模塊、GPS定位模塊、提示模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊、存儲(chǔ)模塊。酒精檢測(cè)模塊：呼氣式酒精檢測(cè)；移動(dòng)通信模塊：3G網(wǎng)絡(luò)；提示模塊：語音提示和燈光提示。檢測(cè)又分為啟動(dòng)檢測(cè)和駕駛檢測(cè)。啟動(dòng)檢測(cè)是，駕駛員在啟動(dòng)車輛時(shí)必須經(jīng)過酒精檢測(cè)，如果檢測(cè)結(jié)果小于酒精濃度標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)就會(huì)通過控制環(huán)節(jié)打開油路開關(guān)允許汽車啟動(dòng)，否則控制環(huán)節(jié)不會(huì)打開油路開關(guān)，汽車無法啟動(dòng)；駕駛檢測(cè)是，駕駛員啟動(dòng)汽車后，檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定時(shí)間循環(huán)檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)酒精濃度超標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)立刻發(fā)出語音提示和燈光提示，若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)駕駛員沒有停止駕駛，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)使汽車減速直到停止，最后鎖定汽車，并向交警基站發(fā)出車主個(gè)人信息和酒精檢測(cè)結(jié)果。如圖1，是酒精檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。

中央控制模塊是該系統(tǒng)的大腦，它包含了數(shù)據(jù)的收集、處理和命令的發(fā)送等功能，采用PIC系列芯片。酒精檢測(cè)模塊在中央控制模塊控制下進(jìn)行啟動(dòng)前酒精濃度檢測(cè)和啟動(dòng)后按設(shè)定時(shí)間循環(huán)酒精濃度檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到中央控制模塊。中央控制模塊會(huì)根據(jù)酒精濃度的不同做出不同的反應(yīng)，如果酒精濃度沒有超出標(biāo)準(zhǔn)值，中央控制模塊發(fā)出發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)指令；如果酒精濃度超出標(biāo)準(zhǔn)值，中央控制模塊會(huì)根據(jù)汽車的當(dāng)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)出不同的控制指令。若汽車處于熄火狀態(tài)，中央控制模塊發(fā)出禁止發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的指令；若汽車處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，中心控制模塊向提示模塊發(fā)出提示指令，同時(shí)向控制模塊發(fā)出延時(shí)控制指令，若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)汽車沒有停止前行，控制模塊會(huì)自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)油路，直到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，剎車系統(tǒng)和汽車應(yīng)急提示燈打開。同時(shí)中央控制模塊將GPS信息和車主信息通過移動(dòng)通信模塊發(fā)送到交警基站。

2.1基于該系統(tǒng)禁駕模塊的設(shè)計(jì)

酒后禁駕系統(tǒng)設(shè)計(jì)將包含酒精檢測(cè)、信息處理、GPS定位、移動(dòng)通信等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中先通過酒精檢測(cè)裝置收集信息，再將信息加以處理、對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果由中央控制器發(fā)出操作指令，再由移動(dòng)通信系統(tǒng)和控制系統(tǒng)完成對(duì)應(yīng)操作。

電子鼻檢測(cè)技術(shù)是一種新的氣體檢測(cè)技術(shù)，它是傳感器、電子、信號(hào)處理和計(jì)算機(jī)等多個(gè)技術(shù)的融合。到目前為止，其應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)、質(zhì)量控制、化工控制等各個(gè)領(lǐng)域都有很多成功的案例。隨著科技的不斷進(jìn)步和相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，電子鼻將會(huì)在各行各業(yè)得到大量使用。

2.2 基于該系統(tǒng)GPS模塊的設(shè)計(jì)

GPS數(shù)據(jù)格式定義：

$GPRMC，＜1＞,＜2＞,＜3＞,＜4＞,＜5＞,＜6＞,＜7＞,＜8＞,＜9＞,＜10＞,＜11＞＜CR＞＜LF＞

（1）時(shí)間定位的標(biāo)準(zhǔn)格式：時(shí)時(shí)-分分-秒秒.妙妙妙（hhmmss.sss）

（2）定位狀態(tài)，A=輸入數(shù)據(jù)可用，V=輸入數(shù)據(jù)不可用。

（3）緯度的格式：度度-分分.分分分分（ddmm.mmmm）。

（4）緯度劃分，北半球（N）與南半球（S）。

（5）經(jīng)度的格式：度度-分分.分分分分。

（6）經(jīng)度劃分，東半球（E）與西半球（W）。

（7）有效相對(duì)位移速度，0.0至1851.8knots

（8）有效相對(duì)位移方向，000.0至359.9度，實(shí)際值。

（9）日期的格式：日日月月年年（ddmmyy）。

（10）磁極的變量，000.0至180.0。

（11）度數(shù)。

（12）Checsum。

GPGSA（GPS精度指針及使用衛(wèi)星格式）

2.3 基于該系統(tǒng)移動(dòng)通信模塊的設(shè)計(jì)

在通信雙方有一方或著兩方處于運(yùn)動(dòng)中的通信。包含陸上、海上、空中移動(dòng)通信。使用的頻段有低頻、中頻、高頻、甚高頻和特高頻。移動(dòng)通信系統(tǒng)是由移動(dòng)平臺(tái)、基站、移動(dòng)交換局構(gòu)成。如果要同某個(gè)移動(dòng)臺(tái)通信，移動(dòng)交換局通過各基站向全網(wǎng)發(fā)出呼叫信號(hào)，被呼叫基站收到后發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，移動(dòng)交換局收到應(yīng)答信號(hào)后分配唯一信道給該移動(dòng)臺(tái)并從此話路信道中傳送一信令使其振鈴。

（1）反向開環(huán)功率控制。移動(dòng)平臺(tái)根據(jù)在小區(qū)中收到功率的變化，調(diào)節(jié)移動(dòng)平臺(tái)發(fā)射的功率以達(dá)到所有移動(dòng)平臺(tái)發(fā)出信號(hào)在各自基站時(shí)有一樣的功率。這是為了能夠補(bǔ)償陰影、信號(hào)拐彎等效應(yīng)。

（2）反向的閉環(huán)功率控制。設(shè)計(jì)閉環(huán)功率控制的目標(biāo)：使基站對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的開環(huán)功率快速做出糾正，以確保移動(dòng)平臺(tái)保持在最合理的發(fā)射功率。

（3）前向功率控制。在前向功率的控制中，基站參照移動(dòng)平臺(tái)提供的有效測(cè)量結(jié)果，以此來調(diào)整對(duì)每個(gè)移動(dòng)平臺(tái)的發(fā)出功率，其目的是對(duì)路徑衰減小的移動(dòng)平臺(tái)分配相對(duì)較小的前向鏈路的功率，而對(duì)那些遠(yuǎn)離基站或誤碼率高的移動(dòng)平臺(tái)分配相對(duì)較大的前向鏈路的功率。

2.4本章小結(jié)

本章對(duì)車載酒后禁駕系統(tǒng)做了整體設(shè)計(jì)，主要包含中央控制模塊、酒精的檢測(cè)模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊、信號(hào)發(fā)射模塊和存儲(chǔ)模塊構(gòu)成。對(duì)酒后駕駛車采用了GPS系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)，進(jìn)行定位和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3　基于該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1硬件使用

3.2PIC16F877A最小系統(tǒng)

在PIC16F877A最小系統(tǒng)工作時(shí)使用的是電路的時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)采用阻容復(fù)位，12MHz的晶振。系統(tǒng)實(shí)用的是上電位復(fù)位電路，即在MCLR和VDD之間通過電阻（保護(hù)電路）相連，在VDD大于1.6V小于1.8V時(shí)，電路就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖將系統(tǒng)直接復(fù)位。為了實(shí)現(xiàn)高效安全的目的，本系統(tǒng)采用自動(dòng)復(fù)位和人工復(fù)位兩種復(fù)位方式。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置中，只有PIC16F877A一個(gè)控制芯片，其余的模塊都是通過該芯片控制。同時(shí)系統(tǒng)的IC總線支持兩線控制的通信模式，它們擁有一個(gè)7位專用地址碼。7位地址碼的分部：

（1）高四位是器件的類型地址，這些固定地址是不能改變的。

（2）低三位是引腳設(shè)定地址，可以通過器件的引腳接線狀態(tài)來配置。

3.3酒精傳感器的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用半導(dǎo)體式的酒精傳感器MQ303，它擁有對(duì)乙醇靈敏度高、選擇性好和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)它驅(qū)動(dòng)回路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，在相同功能下能夠降低成本。同時(shí)在本系統(tǒng)采用HIH-3610濕度傳感器，有三方面考慮的因素：

（1）系統(tǒng)會(huì)根據(jù)濕度傳感器識(shí)別駕駛員是否向呼氣口呼入氣體，確保駕駛員在啟動(dòng)汽車之前對(duì)酒精檢測(cè)；

（2）因?yàn)榫凭珎鞲衅鲗?duì)環(huán)境有一定的依賴，同時(shí)環(huán)境的濕度隨時(shí)間變化，這也造成數(shù)據(jù)的漂移，所以為了避免環(huán)境對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，提高檢測(cè)精度，電路中會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償；

（3）由于呼出氣體受環(huán)境、氣流速度和氣口到傳感器的距離的影響，在檢測(cè)的到的檢測(cè)結(jié)果必須進(jìn)行修正。

以上方法可以有效的降低呼氣檢測(cè)中外部和內(nèi)部造成的影響，可以有效的提高酒精濃度檢測(cè)的精度。

HIH-3610特點(diǎn)如下：

（1）SVDC輸入，0.8～3.9VDC輸出；

（2）低功耗設(shè)計(jì):200uA驅(qū)動(dòng)電流，很適合電流供電的低功耗系統(tǒng)；

（3）快速反映:15秒；

（4）穩(wěn)定性好，低漂移，抗化學(xué)腐蝕性能；

（5）工作范圍:-40～85℃，0～100%RH。

3.4語音提示電路的設(shè)計(jì)

在該系統(tǒng)中采用的是ISD1730語音芯片，該芯片可以完成信息管理、雙運(yùn)行模式和獨(dú)自設(shè)定指示音效。同時(shí)芯片內(nèi)部包括自帶內(nèi)存、自帶振動(dòng)器、麥克風(fēng)的放大器和揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)電路，最終實(shí)現(xiàn)全方向的整合。

3.5 SIM300模塊電路圖設(shè)計(jì)

SIM 300串口為串行異步收發(fā)器，符合RS232串口電路。引腳RXD、TXD與MAX232相連，實(shí)現(xiàn)電平傳換和串口通信功能。將COMS電平轉(zhuǎn)化為RS-232電平，利用AT指令通信，最終實(shí)現(xiàn)GSM模塊與PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。

系統(tǒng)供電電壓為可將電壓由SV降到SV4.2V，SIM300模塊電壓電源設(shè)置為4.2V，利用LM 2576ADJ電路為其提供工作電壓。在運(yùn)行時(shí)要注意電源供給功率，輸入電壓不能低于3.4V，即使在傳輸突發(fā)脈沖串中電流小號(hào)可能上升到2A時(shí)，也要確保電壓不低于3.4V，模塊可能自動(dòng)關(guān)閉。

3.6 GPS模塊硬件設(shè)計(jì)

REB-3571的 內(nèi) 部采用SiRFStarIII單 芯片 技 術(shù)， 其 具有4MbFLASH和11MbSRAM。1MbSRAM并且?guī)в袀溆秒姵兀@樣就能夠保留衛(wèi)星軌道的參數(shù)、時(shí)間和位置等上一次關(guān)鍵數(shù)據(jù)。GPS模塊輸出TTL電平，且具有兩個(gè)RS-232全雙工的串口。波特率為4800到57600可調(diào)。

REB-3571的電氣性能參數(shù)如下所示:

（1）工作電壓電流為3.3V/72mA；

（2）能實(shí)現(xiàn)20個(gè)通道并行接受，接受頻率為1575.42MHz；

（3） 能 支 持NMEA-0183V3.0協(xié) 議， 支 持DGPS(WAAS/ EGNOS/RTCM);

（4）模塊啟動(dòng)時(shí)間快，冷啟動(dòng)定位時(shí)間42s，熱啟動(dòng)定位時(shí)間1s，數(shù)據(jù)捕獲時(shí)間0.1s；

（5）定位速度塊，最大速度415m/s；

（6）海拔高度最大18km。

3.7 電源電路的設(shè)計(jì)

為了滿足各個(gè)模塊的要求，分別采用芯片LM 2576將12V電壓轉(zhuǎn)為SV電壓，為單片機(jī)供電如圖3.16。然后用LM 2576_ADJ將5V電壓轉(zhuǎn)為4.2V電壓，為SIM 300模塊供電如圖3.17。用TP8350為酒精傳感器MQ303供電如圖3.19。LM 2576輸入電壓范圍比較大，一般輸入電壓7V～40V。輸出固定電壓3.3V/5V/12V/15V，叮選。LM2576_ADJ是輸出電壓可調(diào)型，輸入端加濾波電容，可以減少輸入端的干擾。輸出端的四個(gè)電容也是用于減小干擾，保證電源的輸出電壓穩(wěn)定。輸出電壓與輸入電壓調(diào)整關(guān)系山公式:=1.25(1+/)，其中，拭即為電路中凡，。通過調(diào)節(jié)，的電壓值，就可以改變電壓值的輸出大小。LM1117-3.3固定電壓輸出3.3Ve輸入輸出端加入濾波電容，以減少信號(hào)干擾。

3.8 本章小結(jié)

本章主要介紹了酒駕報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。首先介紹了系統(tǒng)的中央器件PIC15f778A與酒精檢測(cè)、語音提示、燈光提示、GPS定位和移動(dòng)通信各個(gè)模塊鏈接的關(guān)系。然后是系統(tǒng)各個(gè)模塊的電路構(gòu)成，各個(gè)芯片引腳使用的主要功能。

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