一種基于單片機的汽車駕駛員酒駕檢測系統

孫恩民

摘 要：文章主要針對駕駛員酒后駕駛行為，設計了一套防酒駕系統，該系統由溫度檢測電路、酒精傳感器模塊、模數轉換模塊、信息處理單元、報警單元組成，可以有效的阻止酒后駕駛行為。

關鍵詞：酒精傳感器；信息處理；報警單元

中圖分類號：U471 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988（2018）17-179-03

Abstract： The article mainly focuses on driver's drunk driving behavior， a set of anti alcohol driving system is designed. The system consists of a temperature detection circuit， an alcohol sensor module， an analog-to-digital conversion module， an information processing unit and an alarm unit.Effective prevention of drunk driving.

Keywords： Alcohol sensor； information processing； alarm unit

CLC NO.： U471 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-179-03

引言

最近幾十年中國經濟高速發展，也帶來了汽車行業的飛速發展，中國汽車銷量連續8年世界第一，私家車保有量也急劇上升。汽車成為人們日常生活中最不可或缺的交通工具，同時由于駕駛員、車輛、道路交通環境的復雜性，汽車事故量也不斷上升，其中很大一部分事故和酒后駕車相關，酒后駕駛已經成為車禍致死的主要原因之一，成了社會穩定的一大威脅。交通管理部門也不斷的提高酒后駕駛的懲罰力度，但是比較難從根本上解決酒后駕駛問題，由于存在一定的僥幸心理，酒后駕駛行為難以杜絕。因此，本文設計了一套基于單片機的汽車駕駛員酒駕檢測系統，如果檢測到駕駛員飲酒，就會通過報警燈警示駕駛員切勿駕駛車輛，酒精度超過一定的標準可以采取自動切斷起動電路的電源，讓車輛不能啟動，隨著智能網聯汽車的發展，該系統可以和TBOX建立連接，利用TBOX發送車輛位置和駕駛員酒駕情況通過4G網絡傳給駕駛員家人的手機APP或者交通管理部門的終端接收裝置，以便采取進一步措施，杜絕一切酒后駕駛汽車的行為，減少交通事故數量，給行人和乘員帶來安全感，增加社會穩定性。

1 系統設計

汽車駕駛員酒駕檢測系統由酒精檢測單元、信號放大轉換單元、信息處理單元、溫度檢測加熱裝置、報警裝置組成，其中報警裝置由電源繼電器、警示燈和TBOX系統組成，如圖1所示。該檢測系統安裝在汽車儀表板下方，離蓄電池比較近，工作單元也在主駕位置，這樣不會增加太多的線束，利于減輕線束重量、節約成本。傳感器安裝在方向盤和駕駛員座椅上，用于采集駕駛員呼出氣體的酒精濃度，加熱裝置和溫度檢測傳感器和酒精傳感器集成一塊，酒精濃度傳感器采集的數據通過模數轉換器與單片機相連，單片機對采集的數據進行處理，經過邏輯處理之后判斷駕駛員呼出氣體的酒精濃度，控制報警裝置和電源繼電器動作，同時輸出不同頻率的PWM波形給到TBOX控制器，TBOX控制器進行4G遠程通訊，TBOX發送駕駛員飲酒情況和駕駛車輛的地理位置給駕駛家人的手機APP，如果法規強制的話，還可以發送相關信息給到交通管理部門，使酒駕行為透明化，從根本上杜絕一切酒后駕駛行為，同時該方案的也具有成本較低的優點，對整車成本增加有限，不會讓消費者付出太多的成本，利于該方案的推廣。

2 酒駕檢測系統電路設計

如圖2所示，酒駕檢測系統的電路有供電電路、溫度采集電路、酒精濃度檢測電路、信號放大電路、模數轉換電路、信息處理器、報警電路等組成。

2.1 酒精檢測單元

酒精檢測單元由一組酒精傳感器組成，本系統的酒精傳感器采用氧化錫半導體，這類半導體具有氣敏特性，假設氧化錫接觸的空氣中的酒精濃度增加的話，它對外呈現的電阻值就降低，氧化錫半導體還有一個特性是不同的溫度下，酒精氣體的氣敏特性有一定的變化。因此為了使氧化錫半導體的靈敏度保持在較高水平，排除溫度對檢測靈敏性的影響，利用電阻絲對酒精傳感器加熱，為了進一步提高靈敏性，所述傳感器有四個，采用并聯方式。

2.2 信號轉換單元

該模塊的作用就是把酒精傳感器采集的電信號轉換成信號處理單元能夠識別的數字信號，由于酒精傳感器的信號比較弱所以需要增加一個放大電路，本系統采用OPA2277pa增益芯片進行信號的放大，該芯片具有工作電壓范圍寬，高增益比的特點。信號放大后在經過TLC2543芯片進行模數轉換。TLC2543是德州儀器公司生產的12位開關電容型逐次逼近模數轉換器，采集精度是12位，可以通過SPI和MCU通訊，通訊連接通過CS片選信號、CLOCK時鐘、DATA INPUT串行數據輸入端、DATA OUTPUT串行數據輸出端。AIN0～AIN10是模擬輸出采集端口，該芯片采樣轉換結束后，EOC會輸出高電平。REF+和REF-是模數轉換器的正負基準電壓端，最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差，本系統REF+接VCC，REF-接GND。

2.3 信息處理單元

本系統的核心處理器選擇的是Atmel89C52，8位CPU；具有32個通用I/O口，片內振蕩器，工作頻率采用12MHz；外部尋址范圍64K；5個中斷源，具備兩個中斷優先級；全雙工串口通訊。Atmel89C52的工作溫度范圍﹣40℃到﹢85℃，可以滿足汽車應用環境的要求。Atmel89C52可以實時處理TLC2543轉換過來的信號經過邏輯運算之后在控制報警單元的動作，程序采用時間片的處理方式，10ms運行一次。

2.4 報警單元

報警單元包括LED燈、電源繼電器、PWM硬線輸出組成。Atmel89C52計算的酒精濃度超標之后會通過點亮LED燈提醒駕駛員不能駕駛車輛，如果酒精濃度高到一定程序就通過控制電源繼電器切換起動電路的供電，使車輛不能起動。PWM硬線輸出可以和TBOX進行通訊，PWM硬線輸出通過頻率來表示不同的酒精濃度，參考國家質量監督檢驗檢疫總局發布的《車輛駕駛人員血液、呼氣酒精含量閾值與檢驗標準》，PWM占空比都是50%，頻率如下表：

Atmel89C52控制I/O口輸出PWM脈沖，TBOX控制器檢測酒精濃度檢測系統的輸出，如果PWM頻率高于5Hz就通過4G模組發送酒駕信號和位置信息給到駕駛員的家人手機APP或者交通管理部門的接收終端，起到定位和提醒功能，以便快速找到駕駛員，保障駕駛員的人身安全，也能避免酒后駕駛的處罰處理。

3 酒駕檢測系統軟件詳細設計

該系統設計要實現的功能，需要在發動機起動前控制器就要進行工作，也就是在整車點火檔位OFF檔下工作，所以采用整車KL30供電，上電后系統初始化完成，酒精檢測程序開始工作，程序工作流程如圖3所示。

首先檢測系統會采集酒精傳感器的溫度是否在最佳工作溫度狀態，最佳工作溫度通過對酒精傳感器采集靈敏度進行標定得到，然后把最佳溫度輸入到軟件代碼中，如果溫度傳感器采集的溫度不在最佳工作溫度，酒精濃度檢測系統會控制電阻絲對酒精傳感器進行加熱，使傳感器工作在最佳狀態。由于酒精傳感器工作時，不同濃度下的電信號表象差異比較小，不利控制器處理，所以酒精濃度檢測系統會對酒精傳感器采集的信號進行信號放大，之后在做模數轉換傳遞給MCU，MCU對數字信號進行處理，得到酒精濃度在進行放大處理，然后根據表1中列出的評判標準進行判斷，酒精濃

度達到報警等級2及以上時，MCU控制報警燈閃爍，提醒駕駛員不要進行酒后駕駛，同時控制PWM輸出，給到TBOX控制器相應的PWM頻率輸入。報警等級大于4時，此時駕駛員的飲酒已經達到醉酒駕駛等級，MCU在控制報警燈閃爍的同時，也會控制繼電器吸合，切斷起動電路的供電，使車輛不能正常起動。TBOX可以根據酒精檢測系統的輸入PWM波形的頻率進行判斷，把相應的報警信號和地理位置傳遞給駕駛員家人或者交通管理部門。

4 結語

本文設計的基于單片機的汽車駕駛員酒駕檢測系統采用了一種有效的低成本方案，即可實現對駕駛員飲酒情況的檢測和處理，采用不同的報警等級提醒駕駛員，也可以通過和外接的TBOX控制器共同工作，把報警信息和地理信息傳遞給駕駛員的家人和有關部門，本文設計的系統可以從根本上杜絕酒后駕駛行為，減少道路交通事故率，有利于社會穩定和人民的幸福生活。

參考文獻

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