论文部分内容阅读
摘要：本文介绍了一种防酒驾装置的优化设计，该装置以 STC89C52 单片机为控制芯片，利用压力传感器检测驾驶者是否上车，利用酒精传感器和温度传感器分别采集车里酒精浓度和驾驶员体温，融合所有传感器数据后判断驾驶员是否酒驾，若酒精浓度超标以及体温异常则关闭车辆启动功能。经实验测试，该装置实现了酒驾的自动检测，可以有效防止酒驾的发生，一定程度的降低交通事故发生率，可预防交通安全隐患。
关键词：防酒驾装置;压力传感器;酒精传感器;温度传感器
1概述
随着我国经济的快速发展，我国机动车保有量不断上升，但也伴随着因酒驾造成车祸的事件也不断增加，给有些家庭带来了沉重的打击，如何采取有效的手段解决因酒驾造成的车祸问题十分必要。目前国内外许多汽车厂家为了杜绝酒驾现象，都在积极研发各种“防酒驾”系统，主要有五种防酒驾技术，分别是酒精钥匙技术、酒后驾驶闭锁装置、日产酒精钥匙、酒精探测仪、激光酒精检测仪。目前国内检测酒驾的方法依然很传统，常见的有手持式酒精检测仪和吹气式酒精检测仪，依靠交警在某个时段在道路上进行检测，很难做到全部覆盖，并且在驾驶者酒驾已经发生时才阻止，不能有效杜绝酒驾现象。由于交警人数和工作时间有限，并且部分驾驶者不遵守交通规则，存在一定的侥幸逃脱心理，所以很难实现酒驾之前就阻止出行。针对以上情况的出现，本设计引入多个传感器，通过分析多个传感染的数据并且融合起来，可在车辆启动之前对驾驶员进行酒精检测和体温检测，若检测出驾驶者的酒精浓度超标和体温异常，则通过继电器控制車辆使其无法启动。本设计可一定程度的降低酒驾引起的交通事故发生率，提高人身安全和交通只需，有非常广阔的应用前景。
2 总体方案设计
本文是基于 STC89C52 所设计的防酒驾装置，该装置主要由车载终端与 GPRS 数据传输两部分所组成，其中车载终端部分包括酒精传感器、温度传感器、压力传感器，该设备是基于自动化与智能化的设计，实现酒驾的实时监测和数据传输，防止酒驾的发生。
防酒驾装置的基本原理是通过车上的压力传感器检测驾驶员是否在车上，检测到驾驶员上车后启动酒精传感器检测驾驶员呼出气体的酒精浓度，启动温度传感器测量驾驶员体温，将两个传感器的数据发送给单片机，单片机将数据融合分析后，若驾驶员酒精浓度超标和体温异常，则通过继电器控制汽车的点火系统，禁止驾驶员酒驾。该装置的具体操作流程是，驾驶员上车后，在打开点火系统前对着防酒驾检测装置吹气，通过酒精传感器模块检测驾驶员呼出口腔气体的酒精浓度，酒精传感器模块对检测到的气体结果进行数据分析，得出电压模拟信号，然后通过 A/D 转换模块将酒精传感器模块得到的电压模拟信号进行转换后传输给单片机，通过主控芯片片机对 A/D 转换模块转换过来的数字信号进行控制处理，与设定好的酒精浓度标准值进行比较;同时通过温度传感器检测驾驶员体温是否异常。如果检测到酒精浓度超标和体温异常，则禁止汽车点火系统启动，如果酒精浓度没有超标以及体温正常则让车辆点火系统正常启动。酒精传感器和温度传感器可以安装于方向盘下部，继电器控制的是启动电机电路，将其串联于启动电路中，该系统只检测一次，一旦发动机启动，该系统将失效。系统整体框图如图1所示。
3主要模块的型号选择
3.1酒精传感器模块
人在饮酒之后，在一定的时间内，所呼出的口腔气体中会含有酒精成分，通过对呼出口腔气体酒精浓度的检测和分析比较，能够判断其饮酒程度。根据设计的精度要求本项目选用MQ-3酒精传感器模块，该传感器所使用的气敏元件是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在酒精蒸气时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-3酒精传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。这种传感器可以检测多种浓度酒精气氛，是一种多用途的低成本传感器。
该模块具有DO开关信号（TTL）输出和AO模拟信号输出;TTL输出有效信号为低电平（当输出低电平时信号灯亮，可直接连接单片机或者继电器）;模拟量输出的电压，浓度越高电压越高。本设计采用AO模拟信号输出端输出电压。
需要注意的是，该模块通电后，需要预热20s左右，测量的数据才稳定。
MQ-3酒精传感器总共有四个引脚，分别为GND、DO输出端、AO输出端以及VCC，其中GND和VCC为芯片提供电源，DO为数字信号输出端，AO为模拟信号输出端;酒精检测探头用于检测酒精;电压比较器LM393用于电压的比较，从而决定输出电压的大小，当有酒精时输出低电平，无酒精时输出高电平;电位器用于灵敏度调节;电源指示灯用于电源指示;信号指示灯用于信号指示，当有酒精时发光，无酒精时熄灭。MQ-3 酒精传感器电路图如图2所示。
当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平，测试程序如下：
#include<reg52.h> //库文件
#define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型
#define uint unsigned int //宏定义无符号整型
sbit LED=P1^0; //定义单片机P1口的第1位 （即P1.0）为指示端
sbit DOUT=P2^0; //定义单片机P2口的第1位 （即P2.0）为传感器的输入端
void delay（）//延时程序
{
uchar m，n，s;
for（m=20;m>0;m--）
for（n=20;n>0;n--）
for（s=248;s>0;s--）;
} void main（）//主函数
{
while（1） //无限循环
{
LED=1; //熄灭P1.0口灯
if（DOUT==0）//当浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
delay（）;//延时抗干扰
if（DOUT==0）//确定 浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
LED=0; //点亮P1.0口灯
}
}
3.2 模数信号转换模块
由于酒精传感器模块要将驾驶员呼出口腔气体的酒精浓度转换为数字信号之后才可以传递给主控芯片单片机，由于酒精传感器模块的输出电压信号较弱，所以需要经过放大电路放大之后才使用，本系统采用 OPA2277pa 增益芯片将酒精传感器模块的输出电压信号进行放大，放大之后通过ADC0832型转换芯片将电压信号转换为数字信号。
3.3温度传感器模块
在饮酒之后因为乙醇可以促进血液循环，乙醇也可以产生较高的热量，大约1g酒精，可以产生7000卡的热量。乙醇在乙醇脱氢酶的作用下，代谢为乙醛，而乙醛又可以使血管扩张，因此以上几个因素都可以使体温轻度升高，但是一般不会超过37.5℃。如果饮酒过量导致了醉酒的状态，会使得中枢受到抑制，反而会使体温下降，这个时候体温会比基础的体温还要低。对于饮酒来说，如果轻度的饮酒或者适量的饮酒，可以引起体温的轻度升高。如果过量的饮酒，甚至醉酒的状态也可以引起体温的下降。因此本项目在测量酒驾时也应该将体温的影响因素考虑进来，使得测量结果更加精准全面。
本项目选用GY-906 MLX90614红外测温传感器模块，MLX90614是一款红外非接触温度计。TO-39金属封装里同时集成了红外感应热电堆探测器芯片和信号处理专用集成处理芯片。由于集成了低噪声放大器、17位模数转换器和强大的数字信号处理芯片MLX90302，是的高精度和高分辨率的温度计得以实现。计算物体温度和环境温度存储在MLX90302的 RAM单元，温度分辨率为0.01度。
该传感器测量温度范围为：环境温度-40～125度，物体温度-70～382.2度，精度可达正负0.1度，是一种高精度温度传感器。
3.4壓力传感器模块
通过使用压力传感器可以判断驾驶员是否上车，只有在驾驶员上车后才开始启动酒精和体温测量。
本项目选用50kg电阻应变半桥式传感器，该传感器内部为1000欧半桥应变片，量程为50kg称重传感器，半桥结构。测量时，外侧边正确施加外力，E字形传感器的应变梁部分（即中间贴应变片的，有白色覆胶的梁臂）和外侧边要形成一个方向相反的剪切力，即中间的应变梁在受力下必须可以发生弯曲变化，应变梁受力时另一侧不可有阻挡物。
该传感器内部是一组半桥应变片，使用的方法有三种：
1、使用一只传感器配合外界电阻组成全桥测量，量程为一只传感器的量程：50kg。对外界电阻要求较高。
2、使用两只传感器组成全桥测量，量程为两只传感器的量程之和：50kg*2=100kg。
3、使用四只传感器组成全桥测量，量程为四只传感器的量程之和：50kg*4=200kg。
3.5 GPRS通信模块
在主控芯片单片机对所接收到的数据进行融合处理之后会通过网络系统将处理后的数据向车主、车主亲人及交警部门提交，由于汽车具有位置不定性，所以须选用无线通信模块。本文选用SIM800C GSM GPRS模块进行 GPRS 通信模块设计，当所有传感器数据融合后出现驾驶员酒精超标和体温异常时，GPRS 模块会将车辆信息、定位信息、酒精浓度信息和体温信息等发到附近的交通管理部门，从而有效对酒驾行为进行管控。
SIM800C模块是一款高性能高性价比工业级的GPRS模块，本模块可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。SIM800C模块总共有16个引脚，如下表为SIM800C模块的引脚功能说明。
4结论
本文设计的防酒驾系统通过压力传感器检测驾驶员是否上车，通过酒精传感器测量酒精浓度和温度传感器测量体温，通过GPRS模块进行数据传输，从而实现了酒驾的实时监测，防止酒驾的发生，一定程度的降低交通事故发生率，保护了人身安全和维护了社会秩序。
参考文献：
[1]李怀源.酒后驾车交通事故预防的应对之策[J].道路交通管理，2008（1）：56-57.
[2]朱海华.基于电化学酒精传感器的高准确度酒精浓度测试仪设计[J].电子器件，2013，36（ 4） ：564 - 567.
[3]丁亚东，熊刚.基于单片机的智能防酒驾装置设计[J].机械制造与自动化，2018（5）：130-133.
[4]刘彤，崔悦，李书臣，等.汽车语音——酒检防酒驾自动闭锁控制系统设计[J].电子世界，2018（20）：161-162.
关键词：防酒驾装置;压力传感器;酒精传感器;温度传感器
1概述
随着我国经济的快速发展，我国机动车保有量不断上升，但也伴随着因酒驾造成车祸的事件也不断增加，给有些家庭带来了沉重的打击，如何采取有效的手段解决因酒驾造成的车祸问题十分必要。目前国内外许多汽车厂家为了杜绝酒驾现象，都在积极研发各种“防酒驾”系统，主要有五种防酒驾技术，分别是酒精钥匙技术、酒后驾驶闭锁装置、日产酒精钥匙、酒精探测仪、激光酒精检测仪。目前国内检测酒驾的方法依然很传统，常见的有手持式酒精检测仪和吹气式酒精检测仪，依靠交警在某个时段在道路上进行检测，很难做到全部覆盖，并且在驾驶者酒驾已经发生时才阻止，不能有效杜绝酒驾现象。由于交警人数和工作时间有限，并且部分驾驶者不遵守交通规则，存在一定的侥幸逃脱心理，所以很难实现酒驾之前就阻止出行。针对以上情况的出现，本设计引入多个传感器，通过分析多个传感染的数据并且融合起来，可在车辆启动之前对驾驶员进行酒精检测和体温检测，若检测出驾驶者的酒精浓度超标和体温异常，则通过继电器控制車辆使其无法启动。本设计可一定程度的降低酒驾引起的交通事故发生率，提高人身安全和交通只需，有非常广阔的应用前景。
2 总体方案设计
本文是基于 STC89C52 所设计的防酒驾装置，该装置主要由车载终端与 GPRS 数据传输两部分所组成，其中车载终端部分包括酒精传感器、温度传感器、压力传感器，该设备是基于自动化与智能化的设计，实现酒驾的实时监测和数据传输，防止酒驾的发生。
防酒驾装置的基本原理是通过车上的压力传感器检测驾驶员是否在车上，检测到驾驶员上车后启动酒精传感器检测驾驶员呼出气体的酒精浓度，启动温度传感器测量驾驶员体温，将两个传感器的数据发送给单片机，单片机将数据融合分析后，若驾驶员酒精浓度超标和体温异常，则通过继电器控制汽车的点火系统，禁止驾驶员酒驾。该装置的具体操作流程是，驾驶员上车后，在打开点火系统前对着防酒驾检测装置吹气，通过酒精传感器模块检测驾驶员呼出口腔气体的酒精浓度，酒精传感器模块对检测到的气体结果进行数据分析，得出电压模拟信号，然后通过 A/D 转换模块将酒精传感器模块得到的电压模拟信号进行转换后传输给单片机，通过主控芯片片机对 A/D 转换模块转换过来的数字信号进行控制处理，与设定好的酒精浓度标准值进行比较;同时通过温度传感器检测驾驶员体温是否异常。如果检测到酒精浓度超标和体温异常，则禁止汽车点火系统启动，如果酒精浓度没有超标以及体温正常则让车辆点火系统正常启动。酒精传感器和温度传感器可以安装于方向盘下部，继电器控制的是启动电机电路，将其串联于启动电路中，该系统只检测一次，一旦发动机启动，该系统将失效。系统整体框图如图1所示。
3主要模块的型号选择
3.1酒精传感器模块
人在饮酒之后，在一定的时间内，所呼出的口腔气体中会含有酒精成分，通过对呼出口腔气体酒精浓度的检测和分析比较，能够判断其饮酒程度。根据设计的精度要求本项目选用MQ-3酒精传感器模块，该传感器所使用的气敏元件是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在酒精蒸气时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-3酒精传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。这种传感器可以检测多种浓度酒精气氛，是一种多用途的低成本传感器。
该模块具有DO开关信号（TTL）输出和AO模拟信号输出;TTL输出有效信号为低电平（当输出低电平时信号灯亮，可直接连接单片机或者继电器）;模拟量输出的电压，浓度越高电压越高。本设计采用AO模拟信号输出端输出电压。
需要注意的是，该模块通电后，需要预热20s左右，测量的数据才稳定。
MQ-3酒精传感器总共有四个引脚，分别为GND、DO输出端、AO输出端以及VCC，其中GND和VCC为芯片提供电源，DO为数字信号输出端，AO为模拟信号输出端;酒精检测探头用于检测酒精;电压比较器LM393用于电压的比较，从而决定输出电压的大小，当有酒精时输出低电平，无酒精时输出高电平;电位器用于灵敏度调节;电源指示灯用于电源指示;信号指示灯用于信号指示，当有酒精时发光，无酒精时熄灭。MQ-3 酒精传感器电路图如图2所示。
当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平，测试程序如下：
#include<reg52.h> //库文件
#define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型
#define uint unsigned int //宏定义无符号整型
sbit LED=P1^0; //定义单片机P1口的第1位 （即P1.0）为指示端
sbit DOUT=P2^0; //定义单片机P2口的第1位 （即P2.0）为传感器的输入端
void delay（）//延时程序
{
uchar m，n，s;
for（m=20;m>0;m--）
for（n=20;n>0;n--）
for（s=248;s>0;s--）;
} void main（）//主函数
{
while（1） //无限循环
{
LED=1; //熄灭P1.0口灯
if（DOUT==0）//当浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
delay（）;//延时抗干扰
if（DOUT==0）//确定 浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
LED=0; //点亮P1.0口灯
}
}
3.2 模数信号转换模块
由于酒精传感器模块要将驾驶员呼出口腔气体的酒精浓度转换为数字信号之后才可以传递给主控芯片单片机，由于酒精传感器模块的输出电压信号较弱，所以需要经过放大电路放大之后才使用，本系统采用 OPA2277pa 增益芯片将酒精传感器模块的输出电压信号进行放大，放大之后通过ADC0832型转换芯片将电压信号转换为数字信号。
3.3温度传感器模块
在饮酒之后因为乙醇可以促进血液循环，乙醇也可以产生较高的热量，大约1g酒精，可以产生7000卡的热量。乙醇在乙醇脱氢酶的作用下，代谢为乙醛，而乙醛又可以使血管扩张，因此以上几个因素都可以使体温轻度升高，但是一般不会超过37.5℃。如果饮酒过量导致了醉酒的状态，会使得中枢受到抑制，反而会使体温下降，这个时候体温会比基础的体温还要低。对于饮酒来说，如果轻度的饮酒或者适量的饮酒，可以引起体温的轻度升高。如果过量的饮酒，甚至醉酒的状态也可以引起体温的下降。因此本项目在测量酒驾时也应该将体温的影响因素考虑进来，使得测量结果更加精准全面。
本项目选用GY-906 MLX90614红外测温传感器模块，MLX90614是一款红外非接触温度计。TO-39金属封装里同时集成了红外感应热电堆探测器芯片和信号处理专用集成处理芯片。由于集成了低噪声放大器、17位模数转换器和强大的数字信号处理芯片MLX90302，是的高精度和高分辨率的温度计得以实现。计算物体温度和环境温度存储在MLX90302的 RAM单元，温度分辨率为0.01度。
该传感器测量温度范围为：环境温度-40～125度，物体温度-70～382.2度，精度可达正负0.1度，是一种高精度温度传感器。
3.4壓力传感器模块
通过使用压力传感器可以判断驾驶员是否上车，只有在驾驶员上车后才开始启动酒精和体温测量。
本项目选用50kg电阻应变半桥式传感器，该传感器内部为1000欧半桥应变片，量程为50kg称重传感器，半桥结构。测量时，外侧边正确施加外力，E字形传感器的应变梁部分（即中间贴应变片的，有白色覆胶的梁臂）和外侧边要形成一个方向相反的剪切力，即中间的应变梁在受力下必须可以发生弯曲变化，应变梁受力时另一侧不可有阻挡物。
该传感器内部是一组半桥应变片，使用的方法有三种：
1、使用一只传感器配合外界电阻组成全桥测量，量程为一只传感器的量程：50kg。对外界电阻要求较高。
2、使用两只传感器组成全桥测量，量程为两只传感器的量程之和：50kg*2=100kg。
3、使用四只传感器组成全桥测量，量程为四只传感器的量程之和：50kg*4=200kg。
3.5 GPRS通信模块
在主控芯片单片机对所接收到的数据进行融合处理之后会通过网络系统将处理后的数据向车主、车主亲人及交警部门提交，由于汽车具有位置不定性，所以须选用无线通信模块。本文选用SIM800C GSM GPRS模块进行 GPRS 通信模块设计，当所有传感器数据融合后出现驾驶员酒精超标和体温异常时，GPRS 模块会将车辆信息、定位信息、酒精浓度信息和体温信息等发到附近的交通管理部门，从而有效对酒驾行为进行管控。
SIM800C模块是一款高性能高性价比工业级的GPRS模块，本模块可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。SIM800C模块总共有16个引脚，如下表为SIM800C模块的引脚功能说明。
4结论
本文设计的防酒驾系统通过压力传感器检测驾驶员是否上车，通过酒精传感器测量酒精浓度和温度传感器测量体温，通过GPRS模块进行数据传输，从而实现了酒驾的实时监测，防止酒驾的发生，一定程度的降低交通事故发生率，保护了人身安全和维护了社会秩序。
参考文献：
[1]李怀源.酒后驾车交通事故预防的应对之策[J].道路交通管理，2008（1）：56-57.
[2]朱海华.基于电化学酒精传感器的高准确度酒精浓度测试仪设计[J].电子器件，2013，36（ 4） ：564 - 567.
[3]丁亚东，熊刚.基于单片机的智能防酒驾装置设计[J].机械制造与自动化，2018（5）：130-133.
[4]刘彤，崔悦，李书臣，等.汽车语音——酒检防酒驾自动闭锁控制系统设计[J].电子世界，2018（20）：161-162.