酒駕自動檢測預警與緊急制動系統(tǒng)研究

張政+劉世輝+陽華+張曉梅

摘 要 針對日趨嚴重的酒駕問題，提出了一套能夠緊急預防酒駕和緊急制動的方案，能對駕駛員是否酒架狀態(tài)進行檢測和監(jiān)控，對出現(xiàn)酒駕情況實行緊急制動。

關(guān)鍵詞 酒駕；檢測；監(jiān)控；預防；緊急制動

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0025-02

隨著人們生活質(zhì)量的提高，家庭用車的現(xiàn)象越來越普遍，同時由于人口流動、汽車量的增加，雖然方便了人們的生活，但是引發(fā)了一系列的酒后駕駛問題。據(jù)統(tǒng)計，2011年全國涉及人員傷亡的道路交通事故210812起，共造成62387人死亡，其中由于酒后駕駛造成的事故占22%！我國新道路交通安全法明確強調(diào)加強力度查處“酒后駕駛”。雖然，在我國大城市交通警察都配備有“酒精測試儀”，但是大部分“酒后駕駛”的司機都抱有不會被交警發(fā)現(xiàn)的僥幸心理，使得“酒后駕駛”不能從根本上杜絕。本項目致力于酒駕自動檢測、預警提示與自動鎖車系統(tǒng)研究，最大限度降低酒后駕車風險，保障公共交通安全和車輛安全。

1 整體框架

如圖1所示，主要框架由氣敏傳感檢測、觸發(fā)電路、語音電路、延時制動與解鎖部分構(gòu)成，檢測部分采用氣敏傳感器MQ-2，檢測超標然后通過比較電路輸出高電平觸發(fā)GTO導通，后置電路工作，語音芯片采用MP50100，主要用555定時器構(gòu)成延時系統(tǒng)繼電器斷電，繼電器控制汽車動力裝置，汽車制動。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計包括電源部分與檢測電路、觸發(fā)電路、延時制動、語音報警電路的設(shè)計。

2.1 電源部分與檢測電路

圖2 檢測電路圖

如圖2在電源VCC的支路上有繼電器KM1，當汽車打火發(fā)動時，繼電器通電閉合導通，當汽車制動停火時繼電器關(guān)斷；在由R1和發(fā)光二極管VD1構(gòu)成的與電源并聯(lián)的支路上，發(fā)光二極管用于顯示該系統(tǒng)是否在工作狀態(tài)；C1通過充電，防止在突然斷電的情況下燒毀系統(tǒng)元件。

MQ-2的主要性能指標：

1）酒精探測范圍：0-3m。

2）靈敏度R in air/R in typical gas≥5。

3）響應時間≤10 s。

4）恢復時間≤30 s。

因此MQ-2具有廣泛的探測范圍、高靈敏度、快速響應恢復、優(yōu)異的 穩(wěn)定性、壽命長、簡單的驅(qū)動電路等特點，故本設(shè)計選用MQ-2作為檢測傳感元件。用W7805三端集成穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，通過外接可調(diào)電阻R4可以調(diào)節(jié)適應不同情況下的傳感器的靈敏度。

2.2 觸發(fā)電路

圖3 觸發(fā)電路圖

如圖3，R等效為傳感器的輸出電阻，R4為外接可調(diào)電阻，RT的負溫度系數(shù)的熱敏電阻，用來跟蹤溫度的變化達到溫度補償?shù)哪康模籖5為可調(diào)電阻，可以根據(jù)不同需要調(diào)節(jié)R5；由于半導體的阻值在加電壓后不能馬上穩(wěn)定下來，為防止上電后控制電路誤導通，防止汽車啟動時的誤報，R8和C3構(gòu)成的延時電路能有效防止啟動時誤報。

GTO是門極可關(guān)斷晶閘管，當門極施加正脈沖時可以使其導通，通過在門極施加負電壓時使其關(guān)斷；經(jīng)過電源部分與檢測電路，通過調(diào)節(jié)R4，輸出電壓U1與U2=VCC^R6/（R5+R6）比較；當檢測駕駛員呼出酒精濃度大于要求值即U1>U2時，輸出正脈沖GTO導通，后置電路通電開始工作；當檢測駕駛員呼出酒精濃度小于要求值即U1

2.3 延時制動

圖4 延時制動系統(tǒng)

由555定時器組成的多諧振蕩器延時電路，當檢測系統(tǒng)檢測到駕駛員酒精濃度超標時，GTO導通通電后，如圖4電容C4被充電，設(shè)2、6號引腳電壓為Vc，當Vc上升到2VCC/3時，使Vo為低電平，此時C通過R11放電，Vc下降。當Vc下降到VCC/3時，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C4放電所需時間為：

T1=R11^C^In2

當Vo為低電平時，通過NPN三極管放大使繼電器KM2失電斷開，因為繼電器KM2控制著汽車的動力裝置，因此只要檢測到的濃度高于標準汽車將在延遲T1時間后停火。KM2為按鈕式繼電器，當斷開后，再次發(fā)動時需要按下按鈕解鎖。

2.4 語音報警

PM50系列語音IC是新型IC系列，MP50內(nèi)部采用了語音單片機，9個輸出控制端口甚至可以實現(xiàn)單片機的部分功能，音質(zhì)、價位、存儲等都比較好而且反復擦寫錄音可以達一萬次以上。因此，本設(shè)計的語音部分主要采用MP50100芯片實現(xiàn)。

圖5 語音系統(tǒng)圖

圖6 語音芯片實物圖

如圖5，PM50100外接電源，揚聲器幾阻容原件構(gòu)成的工作狀態(tài)下的最小系統(tǒng)，MP50100芯片工作一般在3 V-6 V，當GTO通電后R15的分壓使VDD在適合狀態(tài)電壓，由R14和VD3的之路上，VD3發(fā)光顯示其在工作狀態(tài)，在出故障時也可方便維修員檢查故障位置。

3 系統(tǒng)主要功能及特點

1）自動檢測、預警：當駕駛員就坐時，車內(nèi)檢測儀器啟動自動檢測酒精濃度并發(fā)出預警 信號提示是否安全駕駛。

2）智能延時制動處理：當駕駛員被檢測儀器測出達到酒后駕駛標準時，系統(tǒng)聲光預警提示，并且一定延時后強行禁止車輛行駛，以便駕駛員可以將車輛停在安全位置，消除酒后駕駛將出現(xiàn)一系列交通事故的隱患，從而保證駕駛員和行人的人身和財產(chǎn)安全。

3）防偷防盜：本設(shè)計采用了按鈕繼電器，按鈕可以安裝在只有駕駛員知道的位置，為了防止醉駕情況，駕駛員意志不清醒，汽車停火后防止外人開走。

4）節(jié)能：改系統(tǒng)的控制電路是由于可控晶閘管的導通與否控制，而不是一直處于等待狀態(tài)，GTO導通，才提供電源給后置電路。

4 結(jié)束語

本方案設(shè)計過程中，多次對各種實際狀態(tài)進行模擬測試，設(shè)定相關(guān)的參數(shù)就形成了完整的酒駕自動檢測預警與制動系統(tǒng)，能在已學的知識上最大限度設(shè)計出改系統(tǒng)使降低酒后駕車風險，保障公共交通安全和車輛安全。實現(xiàn)該系統(tǒng)能很大的創(chuàng)造一個安全的駕駛環(huán)境，市場應用前景廣闊。如果在按鈕繼電器處斷開時，使用通過GSM系統(tǒng)的短信方式提醒車主及其家人，功能將會更加完善。

注：本文指導老師：冷愛蓮

項目基金

本文系2012年國家湖南省湘潭大學大學生創(chuàng)新性試驗計劃資助項目。

參考文獻

[1]鄒道勝.電子創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)[M].科學出版社.

[2]卿太全.傳感器應用電路集萃[M].中國電力出版社.

[3]王兆安.電力電子技術(shù)（第五版）[M].機械工業(yè)出版社.

[4]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第五版[M].高等教育出版社.

摘 要 針對日趨嚴重的酒駕問題，提出了一套能夠緊急預防酒駕和緊急制動的方案，能對駕駛員是否酒架狀態(tài)進行檢測和監(jiān)控，對出現(xiàn)酒駕情況實行緊急制動。

關(guān)鍵詞 酒駕；檢測；監(jiān)控；預防；緊急制動

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0025-02

隨著人們生活質(zhì)量的提高，家庭用車的現(xiàn)象越來越普遍，同時由于人口流動、汽車量的增加，雖然方便了人們的生活，但是引發(fā)了一系列的酒后駕駛問題。據(jù)統(tǒng)計，2011年全國涉及人員傷亡的道路交通事故210812起，共造成62387人死亡，其中由于酒后駕駛造成的事故占22%！我國新道路交通安全法明確強調(diào)加強力度查處“酒后駕駛”。雖然，在我國大城市交通警察都配備有“酒精測試儀”，但是大部分“酒后駕駛”的司機都抱有不會被交警發(fā)現(xiàn)的僥幸心理，使得“酒后駕駛”不能從根本上杜絕。本項目致力于酒駕自動檢測、預警提示與自動鎖車系統(tǒng)研究，最大限度降低酒后駕車風險，保障公共交通安全和車輛安全。

1 整體框架

如圖1所示，主要框架由氣敏傳感檢測、觸發(fā)電路、語音電路、延時制動與解鎖部分構(gòu)成，檢測部分采用氣敏傳感器MQ-2，檢測超標然后通過比較電路輸出高電平觸發(fā)GTO導通，后置電路工作，語音芯片采用MP50100，主要用555定時器構(gòu)成延時系統(tǒng)繼電器斷電，繼電器控制汽車動力裝置，汽車制動。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計包括電源部分與檢測電路、觸發(fā)電路、延時制動、語音報警電路的設(shè)計。

2.1 電源部分與檢測電路

圖2 檢測電路圖

如圖2在電源VCC的支路上有繼電器KM1，當汽車打火發(fā)動時，繼電器通電閉合導通，當汽車制動停火時繼電器關(guān)斷；在由R1和發(fā)光二極管VD1構(gòu)成的與電源并聯(lián)的支路上，發(fā)光二極管用于顯示該系統(tǒng)是否在工作狀態(tài)；C1通過充電，防止在突然斷電的情況下燒毀系統(tǒng)元件。

MQ-2的主要性能指標：

1）酒精探測范圍：0-3m。

2）靈敏度R in air/R in typical gas≥5。

3）響應時間≤10 s。

4）恢復時間≤30 s。

因此MQ-2具有廣泛的探測范圍、高靈敏度、快速響應恢復、優(yōu)異的 穩(wěn)定性、壽命長、簡單的驅(qū)動電路等特點，故本設(shè)計選用MQ-2作為檢測傳感元件。用W7805三端集成穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，通過外接可調(diào)電阻R4可以調(diào)節(jié)適應不同情況下的傳感器的靈敏度。

2.2 觸發(fā)電路

圖3 觸發(fā)電路圖

如圖3，R等效為傳感器的輸出電阻，R4為外接可調(diào)電阻，RT的負溫度系數(shù)的熱敏電阻，用來跟蹤溫度的變化達到溫度補償?shù)哪康模籖5為可調(diào)電阻，可以根據(jù)不同需要調(diào)節(jié)R5；由于半導體的阻值在加電壓后不能馬上穩(wěn)定下來，為防止上電后控制電路誤導通，防止汽車啟動時的誤報，R8和C3構(gòu)成的延時電路能有效防止啟動時誤報。

GTO是門極可關(guān)斷晶閘管，當門極施加正脈沖時可以使其導通，通過在門極施加負電壓時使其關(guān)斷；經(jīng)過電源部分與檢測電路，通過調(diào)節(jié)R4，輸出電壓U1與U2=VCC^R6/（R5+R6）比較；當檢測駕駛員呼出酒精濃度大于要求值即U1>U2時，輸出正脈沖GTO導通，后置電路通電開始工作；當檢測駕駛員呼出酒精濃度小于要求值即U1

2.3 延時制動

圖4 延時制動系統(tǒng)

由555定時器組成的多諧振蕩器延時電路，當檢測系統(tǒng)檢測到駕駛員酒精濃度超標時，GTO導通通電后，如圖4電容C4被充電，設(shè)2、6號引腳電壓為Vc，當Vc上升到2VCC/3時，使Vo為低電平，此時C通過R11放電，Vc下降。當Vc下降到VCC/3時，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C4放電所需時間為：

T1=R11^C^In2

當Vo為低電平時，通過NPN三極管放大使繼電器KM2失電斷開，因為繼電器KM2控制著汽車的動力裝置，因此只要檢測到的濃度高于標準汽車將在延遲T1時間后停火。KM2為按鈕式繼電器，當斷開后，再次發(fā)動時需要按下按鈕解鎖。

2.4 語音報警

PM50系列語音IC是新型IC系列，MP50內(nèi)部采用了語音單片機，9個輸出控制端口甚至可以實現(xiàn)單片機的部分功能，音質(zhì)、價位、存儲等都比較好而且反復擦寫錄音可以達一萬次以上。因此，本設(shè)計的語音部分主要采用MP50100芯片實現(xiàn)。

圖5 語音系統(tǒng)圖

圖6 語音芯片實物圖

如圖5，PM50100外接電源，揚聲器幾阻容原件構(gòu)成的工作狀態(tài)下的最小系統(tǒng)，MP50100芯片工作一般在3 V-6 V，當GTO通電后R15的分壓使VDD在適合狀態(tài)電壓，由R14和VD3的之路上，VD3發(fā)光顯示其在工作狀態(tài)，在出故障時也可方便維修員檢查故障位置。

3 系統(tǒng)主要功能及特點

1）自動檢測、預警：當駕駛員就坐時，車內(nèi)檢測儀器啟動自動檢測酒精濃度并發(fā)出預警 信號提示是否安全駕駛。

2）智能延時制動處理：當駕駛員被檢測儀器測出達到酒后駕駛標準時，系統(tǒng)聲光預警提示，并且一定延時后強行禁止車輛行駛，以便駕駛員可以將車輛停在安全位置，消除酒后駕駛將出現(xiàn)一系列交通事故的隱患，從而保證駕駛員和行人的人身和財產(chǎn)安全。

3）防偷防盜：本設(shè)計采用了按鈕繼電器，按鈕可以安裝在只有駕駛員知道的位置，為了防止醉駕情況，駕駛員意志不清醒，汽車停火后防止外人開走。

4）節(jié)能：改系統(tǒng)的控制電路是由于可控晶閘管的導通與否控制，而不是一直處于等待狀態(tài)，GTO導通，才提供電源給后置電路。

4 結(jié)束語

本方案設(shè)計過程中，多次對各種實際狀態(tài)進行模擬測試，設(shè)定相關(guān)的參數(shù)就形成了完整的酒駕自動檢測預警與制動系統(tǒng)，能在已學的知識上最大限度設(shè)計出改系統(tǒng)使降低酒后駕車風險，保障公共交通安全和車輛安全。實現(xiàn)該系統(tǒng)能很大的創(chuàng)造一個安全的駕駛環(huán)境，市場應用前景廣闊。如果在按鈕繼電器處斷開時，使用通過GSM系統(tǒng)的短信方式提醒車主及其家人，功能將會更加完善。

注：本文指導老師：冷愛蓮

項目基金

本文系2012年國家湖南省湘潭大學大學生創(chuàng)新性試驗計劃資助項目。

參考文獻

[1]鄒道勝.電子創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)[M].科學出版社.

[2]卿太全.傳感器應用電路集萃[M].中國電力出版社.

[3]王兆安.電力電子技術(shù)（第五版）[M].機械工業(yè)出版社.

[4]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第五版[M].高等教育出版社.

摘 要 針對日趨嚴重的酒駕問題，提出了一套能夠緊急預防酒駕和緊急制動的方案，能對駕駛員是否酒架狀態(tài)進行檢測和監(jiān)控，對出現(xiàn)酒駕情況實行緊急制動。

關(guān)鍵詞 酒駕；檢測；監(jiān)控；預防；緊急制動

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0025-02

隨著人們生活質(zhì)量的提高，家庭用車的現(xiàn)象越來越普遍，同時由于人口流動、汽車量的增加，雖然方便了人們的生活，但是引發(fā)了一系列的酒后駕駛問題。據(jù)統(tǒng)計，2011年全國涉及人員傷亡的道路交通事故210812起，共造成62387人死亡，其中由于酒后駕駛造成的事故占22%！我國新道路交通安全法明確強調(diào)加強力度查處“酒后駕駛”。雖然，在我國大城市交通警察都配備有“酒精測試儀”，但是大部分“酒后駕駛”的司機都抱有不會被交警發(fā)現(xiàn)的僥幸心理，使得“酒后駕駛”不能從根本上杜絕。本項目致力于酒駕自動檢測、預警提示與自動鎖車系統(tǒng)研究，最大限度降低酒后駕車風險，保障公共交通安全和車輛安全。

1 整體框架

如圖1所示，主要框架由氣敏傳感檢測、觸發(fā)電路、語音電路、延時制動與解鎖部分構(gòu)成，檢測部分采用氣敏傳感器MQ-2，檢測超標然后通過比較電路輸出高電平觸發(fā)GTO導通，后置電路工作，語音芯片采用MP50100，主要用555定時器構(gòu)成延時系統(tǒng)繼電器斷電，繼電器控制汽車動力裝置，汽車制動。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計包括電源部分與檢測電路、觸發(fā)電路、延時制動、語音報警電路的設(shè)計。

2.1 電源部分與檢測電路

圖2 檢測電路圖

如圖2在電源VCC的支路上有繼電器KM1，當汽車打火發(fā)動時，繼電器通電閉合導通，當汽車制動停火時繼電器關(guān)斷；在由R1和發(fā)光二極管VD1構(gòu)成的與電源并聯(lián)的支路上，發(fā)光二極管用于顯示該系統(tǒng)是否在工作狀態(tài)；C1通過充電，防止在突然斷電的情況下燒毀系統(tǒng)元件。

MQ-2的主要性能指標：

1）酒精探測范圍：0-3m。

2）靈敏度R in air/R in typical gas≥5。

3）響應時間≤10 s。

4）恢復時間≤30 s。

因此MQ-2具有廣泛的探測范圍、高靈敏度、快速響應恢復、優(yōu)異的 穩(wěn)定性、壽命長、簡單的驅(qū)動電路等特點，故本設(shè)計選用MQ-2作為檢測傳感元件。用W7805三端集成穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，通過外接可調(diào)電阻R4可以調(diào)節(jié)適應不同情況下的傳感器的靈敏度。

2.2 觸發(fā)電路

圖3 觸發(fā)電路圖

如圖3，R等效為傳感器的輸出電阻，R4為外接可調(diào)電阻，RT的負溫度系數(shù)的熱敏電阻，用來跟蹤溫度的變化達到溫度補償?shù)哪康模籖5為可調(diào)電阻，可以根據(jù)不同需要調(diào)節(jié)R5；由于半導體的阻值在加電壓后不能馬上穩(wěn)定下來，為防止上電后控制電路誤導通，防止汽車啟動時的誤報，R8和C3構(gòu)成的延時電路能有效防止啟動時誤報。

GTO是門極可關(guān)斷晶閘管，當門極施加正脈沖時可以使其導通，通過在門極施加負電壓時使其關(guān)斷；經(jīng)過電源部分與檢測電路，通過調(diào)節(jié)R4，輸出電壓U1與U2=VCC^R6/（R5+R6）比較；當檢測駕駛員呼出酒精濃度大于要求值即U1>U2時，輸出正脈沖GTO導通，后置電路通電開始工作；當檢測駕駛員呼出酒精濃度小于要求值即U1

2.3 延時制動

圖4 延時制動系統(tǒng)

由555定時器組成的多諧振蕩器延時電路，當檢測系統(tǒng)檢測到駕駛員酒精濃度超標時，GTO導通通電后，如圖4電容C4被充電，設(shè)2、6號引腳電壓為Vc，當Vc上升到2VCC/3時，使Vo為低電平，此時C通過R11放電，Vc下降。當Vc下降到VCC/3時，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C4放電所需時間為：

T1=R11^C^In2

當Vo為低電平時，通過NPN三極管放大使繼電器KM2失電斷開，因為繼電器KM2控制著汽車的動力裝置，因此只要檢測到的濃度高于標準汽車將在延遲T1時間后停火。KM2為按鈕式繼電器，當斷開后，再次發(fā)動時需要按下按鈕解鎖。

2.4 語音報警

PM50系列語音IC是新型IC系列，MP50內(nèi)部采用了語音單片機，9個輸出控制端口甚至可以實現(xiàn)單片機的部分功能，音質(zhì)、價位、存儲等都比較好而且反復擦寫錄音可以達一萬次以上。因此，本設(shè)計的語音部分主要采用MP50100芯片實現(xiàn)。

圖5 語音系統(tǒng)圖

圖6 語音芯片實物圖

如圖5，PM50100外接電源，揚聲器幾阻容原件構(gòu)成的工作狀態(tài)下的最小系統(tǒng)，MP50100芯片工作一般在3 V-6 V，當GTO通電后R15的分壓使VDD在適合狀態(tài)電壓，由R14和VD3的之路上，VD3發(fā)光顯示其在工作狀態(tài)，在出故障時也可方便維修員檢查故障位置。

3 系統(tǒng)主要功能及特點

1）自動檢測、預警：當駕駛員就坐時，車內(nèi)檢測儀器啟動自動檢測酒精濃度并發(fā)出預警 信號提示是否安全駕駛。

2）智能延時制動處理：當駕駛員被檢測儀器測出達到酒后駕駛標準時，系統(tǒng)聲光預警提示，并且一定延時后強行禁止車輛行駛，以便駕駛員可以將車輛停在安全位置，消除酒后駕駛將出現(xiàn)一系列交通事故的隱患，從而保證駕駛員和行人的人身和財產(chǎn)安全。

3）防偷防盜：本設(shè)計采用了按鈕繼電器，按鈕可以安裝在只有駕駛員知道的位置，為了防止醉駕情況，駕駛員意志不清醒，汽車停火后防止外人開走。

4）節(jié)能：改系統(tǒng)的控制電路是由于可控晶閘管的導通與否控制，而不是一直處于等待狀態(tài)，GTO導通，才提供電源給后置電路。

4 結(jié)束語

本方案設(shè)計過程中，多次對各種實際狀態(tài)進行模擬測試，設(shè)定相關(guān)的參數(shù)就形成了完整的酒駕自動檢測預警與制動系統(tǒng)，能在已學的知識上最大限度設(shè)計出改系統(tǒng)使降低酒后駕車風險，保障公共交通安全和車輛安全。實現(xiàn)該系統(tǒng)能很大的創(chuàng)造一個安全的駕駛環(huán)境，市場應用前景廣闊。如果在按鈕繼電器處斷開時，使用通過GSM系統(tǒng)的短信方式提醒車主及其家人，功能將會更加完善。

注：本文指導老師：冷愛蓮

項目基金

本文系2012年國家湖南省湘潭大學大學生創(chuàng)新性試驗計劃資助項目。

參考文獻

[1]鄒道勝.電子創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)[M].科學出版社.

[2]卿太全.傳感器應用電路集萃[M].中國電力出版社.

[3]王兆安.電力電子技術(shù)（第五版）[M].機械工業(yè)出版社.

[4]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第五版[M].高等教育出版社.