基于壓力傳感器防作弊的防酒駕系統(tǒng)設(shè)計

薛興樂 楊鑫茹 岳嘉瑜 韓銳 呂家樂 姚榮濤 高哈爾·霍生拜克

摘? ?要：酒后駕駛是引發(fā)交通事故的重要原因之一，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來巨大損失。本防酒駕系統(tǒng)結(jié)合壓力傳感器防止他人代替駕駛員吹氣，若檢測到駕駛員有作弊行為則重啟吹氣檢測。在無作弊情況下檢測到駕駛員未酒駕則汽車可以正常啟動。若檢測到駕駛員試圖酒駕，汽車無法啟動，通過蜂鳴器語音提示駕駛員，并通過GSM模塊通知其緊急聯(lián)系人。實驗證明，系統(tǒng)可以達(dá)到很好的防酒駕效果，為防酒駕系統(tǒng)的設(shè)計提供了新思路。

關(guān)鍵詞：防酒駕? 防作弊? 壓力傳感器? 吹氣檢測? 駕駛安全

2019年上半年，我國共查處酒駕醉駕90.1萬起，其中醉酒駕駛17.7萬起。目前國內(nèi)外已應(yīng)用如下四種防酒駕方法。交警部門使用便攜式呼吸式酒精測試儀，檢測駕駛員血液中的酒精濃度是否超標(biāo)，但需較大的人力和物力，且只能抽樣檢測;瑞典薩博使用Alcokey酒精鑰匙法，成本較高，只針對固定的車型，適用范圍窄，不易推廣;美國國家公路安全管理局使用紅外線檢測駕駛員血液的酒精濃度，在駕駛員未飲酒且有觸摸酒精制品時，會產(chǎn)生誤判;山東省德州學(xué)院的常進(jìn)等使用方向盤上的呼氣檢測裝置，雖可以有效檢測駕駛員是否飲酒，但無法防止他人代替駕駛員進(jìn)行酒駕檢測。

本文設(shè)計了一種基于壓力傳感器防作弊的防酒駕系統(tǒng)，并通過實驗探究了系統(tǒng)防酒駕的效果，為防酒駕系統(tǒng)的設(shè)計提供參考和借鑒。

1? 防作弊系統(tǒng)設(shè)計原理

設(shè)計了一套邏輯嚴(yán)密的防作弊機制，能夠有效防止他人代替駕駛員吹氣檢測。在駕駛員進(jìn)行吹氣檢測時，若檢測到有作弊行為則檢測結(jié)果無效且重啟吹氣檢測。

（1）在駕駛員吹氣時，要求車門關(guān)閉、主駕駛艙關(guān)閉、其他乘客正常落座并規(guī)范使用安全帶。汽車座位和地板上的壓力傳感器、車門開關(guān)、主駕駛車窗開關(guān)和安全帶卡槽處開關(guān)檢測上述要求是否完成。目的是確保由駕駛員本人完成吹氣檢測。

（2）吹氣口安裝在汽車方向盤中心靠上位置，目的是在車內(nèi)人員正常落座的情況下，只有駕駛員可以完成吹氣檢測。

（3）駕駛員吹氣后、汽車啟動前，若有人上下車，系統(tǒng)將重新啟動。若汽車啟動后又停下，再次啟動前本系統(tǒng)也會重新啟動。目的為防止汽車中途更換駕駛員。

2? 硬件系統(tǒng)

硬件主要分為信息收集系統(tǒng)、信息輸出系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換模塊和單片機控制器等四部分。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

信息收集系統(tǒng)檢測到的信息經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后輸入到單片機中，經(jīng)過單片機進(jìn)行信息處理判斷駕駛員是否飲酒和吹氣時是否存在作弊行為，進(jìn)而通過信息輸出系統(tǒng)輸出一定形式的信息。

2.1 壓力傳感器

采用RP-L電阻式壓力傳感器來檢測車內(nèi)乘客落座后的壓力信息，傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快和穩(wěn)定性好的特點。其基本檢測原理是將采集到的壓力值轉(zhuǎn)換成電壓信號，并根據(jù)輸出電壓值的大小確定檢測壓力的大小。對RP-L電阻式壓力傳感器的輸出特性進(jìn)行了檢測實驗，輸出電壓U與檢測壓力F近似呈線性正相關(guān)關(guān)系，如圖2所示。

2.2 吹氣裝置位置設(shè)計

吹氣裝置包括吹氣口、氣體導(dǎo)管、MQ-3酒精傳感器、MH-Z14A二氧化碳傳感器及塑料外殼等。如圖3所示，位置設(shè)計在方向盤中上部，在滿足主駕駛艙關(guān)閉及車內(nèi)所有人員正常落座的條件下，只有駕駛員嘴部可以觸及。通過吹氣口位置的優(yōu)化設(shè)計可以有效防止其他人代替駕駛員進(jìn)行吹氣檢測。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計

汽車啟動前，系統(tǒng)首先檢測車內(nèi)空氣中的酒精，若含量超過閾值，則要求駕駛員進(jìn)行吹氣檢測。在駕駛員吹氣檢測時，由壓力傳感器、車門車窗開關(guān)和安全帶卡槽開關(guān)檢測是否有他人代替駕駛員吹氣，若有作弊行為則檢測結(jié)果無效，重啟吹氣檢測流程。由二氧化碳傳感器檢測駕駛員是否完成吹氣過程，若檢測到駕駛員沒有進(jìn)行吹氣，檢測過程中斷，汽車不能啟動。

若吹氣檢測時無作弊行為發(fā)生且駕駛員呼出氣體酒精濃度超過設(shè)定閾值，則系統(tǒng)禁止汽車發(fā)動機啟動，并通過蜂鳴器語音提示“您因為飲酒不能駕車，請注意安全”，以及通過GSM模塊聯(lián)系其緊急聯(lián)系人，通知其盡快介入以保護(hù)駕駛員安全。若檢測到駕駛員呼出氣體的酒精濃度未超過設(shè)定閾值，汽車可以正常啟動。系統(tǒng)具體的工作流程如圖4所示。

4? 實驗驗證

為檢驗不同實際情況下系統(tǒng)對駕駛員酒駕及是否存在作弊行為的判別情況，進(jìn)行了系統(tǒng)防酒駕效果探究實驗。系統(tǒng)實物模型如圖5所示的，實驗采用某品牌普通乘用車，空氣質(zhì)量情況為正常，環(huán)境溫度為20℃。共有3名實驗對象，分別編號A、B、C，身體狀況均為健康，體重分別為65kg、73kg、和52kg，A飲用50mL某品牌38度白酒1小時后參與實驗，B、C未飲酒。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)預(yù)期功能，在多種現(xiàn)實情況下均可以有效地檢測到駕駛員是否酒駕，并有效防作弊。

5? 結(jié)語

結(jié)合壓力傳感器、酒精傳感器、二氧化碳傳感器與單片機控制器等，設(shè)計了一套具有防作弊功能的防酒駕系統(tǒng)。在汽車啟動前若檢測到車內(nèi)空氣酒精含量超過閾值則要求駕駛員通過吹氣裝置檢測，并在期間防止其作弊，在檢測到駕駛員未酒駕且未發(fā)生作弊行為時汽車才能啟動。

通過實驗驗證系統(tǒng)可以準(zhǔn)確檢測駕駛員是否飲酒，并防止駕駛員吹氣檢測時各種作弊情況的發(fā)生，有效保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)安裝方便、成本較低，可以通過開車前檢測的方式高效防止駕駛員酒后駕駛，為廣大車主駕駛安全保駕護(hù)航。

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