基于氣體傳感技術車載防酒駕系統設計與開發

牛春亮+李明澤+孫晶

摘 要：由于酒后駕車極容易引發交通事故，為了進一步避免事故發生，本文設計了一種防酒駕車載酒精檢測裝置。本系統直接與汽車發動機系統相連，不僅能夠精準的判斷駕駛員體內酒精含量是否超標，而且能夠根據結果迅速反應，拒絕醉酒駕駛員啟動汽車，從而在根源上規避酒駕，為安全駕駛提供技術保障，有降低酒駕事故的發生。

關鍵詞：防酒駕系統；非接觸式；酒精檢測；車載式

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431078

前言

汽車在帶給人類便捷和舒服的同時，也帶來許多安全問題。酒后駕駛所導致的結果通常是最為嚴峻的，如何避免酒駕事故也成為科研人員研究熱點。自“醉酒駕駛”正式入刑，對于酒駕的處罰已經非常嚴厲，但酒后駕駛還是屢禁不止。針對這一問題，本文設計了一種基于單片機控制的防酒駕車載酒精檢測系統，系統可以敏感的識別駕駛員體內酒精含量是否達到了酒駕標準，并根據結果控制發動系統停止啟動，從而在根源上避免酒駕行為，為安全駕駛提供技術保障，能夠有效減少酒駕事故的發生。

1 設計原理

本文所研究的基于單片機控制的防酒駕車載酒精檢測系統主要從硬件和軟件2個方面進行設計。平臺基于MSP430FG4619單片機進行設計實現的，通過搭載具有超高靈敏度的傳感器，可以實現對車內酒精濃度的靈敏檢測。為了防止駕駛員主觀拒絕檢測，系統設計為自動模式。通過檢測駕駛員的呼出氣體來進行酒精濃度監測，因此為了使結果更精確，將傳感器放置于方向盤上，并就近將系統放置于汽車儀表盤處[1，2]。

系統的工作原理可以分為5個階段：激活，系統連接車門，當車門鎖傳感器感應到了打開的信號時，酒精傳感器被激活進入預熱狀態，同時系統的紅色指示燈被點亮；壓力檢測，當駕駛員就座時，啟動壓力傳感器，并開啟語音提示功能，此時駕駛員可以進行啟動汽車的動作，但因為此時發動機尚處于被系統鎖定的狀態，因此汽車并不會發動；檢測，當酒精傳感器完成預熱后，系統會點亮綠色指示燈，此時酒精傳感器開始對車內的酒精含量進行探測，從而由模擬量轉換為數字量，通過檢測這一系列數值中的最大值，就能夠計算出對應的酒精濃度，濃度結果通過LCD液晶顯示器進行顯示；判定，系統內置了判別程序，當檢測結果超出正常范圍時，超標指示燈被點亮，此時聲光警報會被觸發，通過語音告知駕駛員不能繼續駕駛車輛，同時系統會開啟控制繼電器，令其執行切斷點火裝置，使得汽車不能發動；駕駛檢測，在汽車正常啟動的情況下，系統的控制部分進入低功耗模式，僅保留酒精傳感器部分進行工作，以便隨時監測駕駛員是否在駕駛中途飲酒，當其接收到超標信號時，立即激活控制儀，提示駕駛員停止駕駛[3-5]。

2 硬件部分設計

系統的硬件部分主要由MSP430FG4619單片機控制器、A/D轉換器、酒精傳感器模塊、車門鎖傳感器、壓力傳感器、控制繼電器、LCD液晶顯示、LED指示燈和語音報警等構成。

2.1 MSP430FG4619單片機控制器

綜合考慮性能、功耗、成本、穩定性以及體積等各個方面后，研究選用了MSP430系列中的MSP430FG4619單片機作為整個系統的構建平臺，它具集成度高，故障率低，對酒精傳感器傳回的數據進行處理，判定其是否超標，從而控制發動機能否啟動。

2.2 傳感器

飲酒后的駕駛員呼出含有酒精分子的氣體，通過氣敏式傳感器，可以敏銳地捕捉到氣體中的酒精濃度，進而實現對駕駛員飲酒狀況的評判。MQ-3氣體傳感器在靈敏探測方面具有較為明顯的優勢：對乙醇蒸汽具有極強的靈敏度（靈敏度≥5）和較寬的探測范圍（10-1000ppm）；反應及恢復都很快（響應時間≤10s）；使用壽命長，穩定性好；驅動電路簡單實用；價格低廉，有效降低成本。另外，系統還配備了車門鎖傳感器和壓力傳感器，前者用于判斷車門是否被打開，后者則用于判斷駕駛員是否就坐于駕駛位上。因為系統控制了車輛的發動系統，如果檢測系統不啟動，那么車本身也無法發動，只有讓車門鎖傳感器檢測到開門信號，壓力傳感器檢測到就坐信號，系統才會啟動酒精檢測，而此時無論駕駛員愿意與否都會被系統采集到酒精濃度信息，隨后根據結果系統進行切斷或者不切斷點火裝置電源的行為，實現杜絕酒駕的目的[6-8]。

2.3 A/D轉換器

MSP430FG4619IPZ單片機中包含一塊12位的ADC，其最大穩定采樣速率可達200KSPS，在精度和速度上都能夠滿足本設計的需求，因此為了節約硬件資源并簡化設計難度，系統的模數轉換部分直接使用了這一A/D芯片。

2.4 語音報警電路

語音報警芯片采用具有單片機內核的WT588D。該芯片用于對車內駕駛員進行語音播報，主要實現2大功能：在綠色指示燈亮起時，表明駕駛員已經就坐，此時發出聲音提示駕駛員酒精檢測系統啟動；在酒精濃度檢測結束后，依據結果是否超標告知駕駛員能否繼續行駛。

2.5 指示燈電路

為了讓系統狀態更為直觀，引入了紅黃綠3個顏色的指示燈。紅燈的亮暗昭示系統是否處于工作狀態。綠燈用于告知駕駛員是系統否在進行監測。黃燈用于顯示警報，一旦結果顯示超標則黃燈會被點亮，控制繼電器被激活，汽車不能正常啟動。同時黃燈還具有閃爍功能，酒精濃度越高其閃爍越快。

3 軟件部分設計

以MSP430FG4619單片機為核心，用C語言進行編寫。實現的功能包括車門檢測、壓力檢測、酒精濃度檢測、超標甄別、檢測結果顯示、語音播報等。系統啟動后，首先需要初始化，需專業人員密碼驗證才能進行報警參數的設定，以防止駕駛員隨意改動。完成初始化后，開始加熱酒精傳感器，準備完畢后綠燈被點亮，系統進入測試階段，此時酒精傳感器開始采集濃度信息，并將其轉化為電壓信號，經模數轉換后保留其峰值，隨后與設定的報警界限相比對，甄別其是否超標，并將結果傳送到LCD屏幕上進行顯示，如果結果為超標，則開啟語音播報告知駕駛員超標，不能繼續駕駛，系統開啟控制器，切斷汽車點火裝置的電源，確保汽車不能行動，反之則繼電器不工作，通過語音提示告知駕駛員可以正常駕駛[9-10]。

4 結束語

防酒駕車載酒精檢測系統能夠有效降低酒駕事故，本文詳細的介紹了對其硬件部分和軟件部分的器件選擇和設計思路，設計實現的系統具有自動化、智能化和低功耗的特點，具有很強的實際應用意義。

參考文獻

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作者簡介：牛春亮（1983-），男，講師，主要從事農業機械及智能機構設計研究。