一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置設(shè)計(jì)研究

司開心 丁銀鵬 華北水利水電大學(xué)電力學(xué)院 畢春陽 華北水利水電大學(xué)物理與電子學(xué)院

引言

交通事故已經(jīng)成為了造成意外傷害的一大緣由，同時(shí)隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，車載系統(tǒng)的各種安全裝備也成為人們研究的方向。隨著汽車的普及以及價(jià)格波動范圍大，汽車盜竊案件越來越多。而國內(nèi)只能依靠交警采用酒精測試儀的方法來檢測駕駛員是否醉駕，酒駕事故依舊頻頻發(fā)生。該方面的研究僅處于理論階段并且市場空白。因此，該類型產(chǎn)品在我國具有廣泛的前景和應(yīng)用市場。

基于現(xiàn)況，我們研發(fā)了這款一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置。

1 研究內(nèi)容

一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置基于STM32單片機(jī)作為此裝置的中央主控，結(jié)合酒精檢測模塊，指紋模塊，心率檢測裝置，壓力傳感器，繼電器控制模塊，采集和處理駕駛員的信息，以做到防酒駕，醉駕，盜駕的功能，有效地保障生命財(cái)產(chǎn)安全。主要功能有：

(1)通過MQ-3，單通閥及其他外圍裝置，快速準(zhǔn)確測量呼吸中的酒精含量，過高則切斷點(diǎn)火裝置電源，達(dá)到防酒駕的目的。

(2)對駕駛員心率的快速采集，顯示出來，并且據(jù)此判斷，從而防毒駕。

(3)錄入駕駛員指紋信息，與信息庫做對比，防止盜竊車輛，非常快捷實(shí)用的保障財(cái)產(chǎn)安全。

2 研究方案

由于該一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置充分發(fā)揮電路設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，集成優(yōu)勢明顯，深入生活，發(fā)揮很多重要功能，由此不免需多個模塊聯(lián)合，硬件支持。硬件大致分為信號采集，信號處理，信號反饋三方面，其中由酒精濃度檢測裝置，心率檢測裝置，指紋采集裝置完成信號采集部分，系統(tǒng)“大腦”單片機(jī)通過對酒精濃度判斷、指紋信息與指紋庫匹配情況、心率情況的判斷，在OLED顯示屏上顯示測得信息，在繼電器等的配合下最終完成對汽車的打火工作。

2.1 電源供電模塊

本設(shè)計(jì)采用可調(diào)降壓，4.8～5.5V電源輸入，經(jīng)過一個起穩(wěn)壓作用的三端穩(wěn)壓集成電路查詢LM7805電路后，為單片機(jī)最小系統(tǒng)、傳感器模塊、指示燈、OLED顯示模塊及繼電器模塊提供電源輸出。

2.2 信號采集部分

2.2.1 駕駛員指紋采集硬件

本模塊主要采用的是光學(xué)式指紋模塊，用于采集駕駛?cè)藛T信息并與所錄入的指紋庫做對比，包括“感知手指”、“圖像拍照”“質(zhì)量判斷與自動調(diào)整”三個主要過程。

2.2.2 心率檢測模塊

當(dāng)人們喝酒以后，在酒精的作用下，人們的血液循環(huán)會加快，因此，心率測量也是測試一個人是否醉駕的關(guān)鍵因素。心率測量儀在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。為了提高心率測量儀的簡便性和精確度，我們的一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置采用的是一種基于STM32為核心的心率指尖紅外測量模塊。光電心率測量模塊是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測心率跳動的紅外光變化轉(zhuǎn)換成電信號變化，進(jìn)而把測得的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控處理。

2.2.3 單通閥及氣壓及傳感器模塊

加入氣壓傳感器，以此判斷駕駛員是否吹氣判斷是否要進(jìn)一步進(jìn)行酒精檢測，保證系統(tǒng)的連貫性和實(shí)時(shí)性。

2.2.4 酒精濃度檢測模塊

一般的酒精檢測標(biāo)準(zhǔn)，都是以血液中酒精含量作為判斷標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，MQ-3呼吸式酒精檢測方法涉及到呼氣中酒精含量與血液中的酒精含量的數(shù)量換算標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)我國的國家公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可得出當(dāng)駕駛員的氣體內(nèi)，酒精含量大于20mg/100ml、小于80mg/100ml的，其行為構(gòu)成飲酒駕車。當(dāng)駕駛員呼出氣體中，酒精含量大于等于80mg/100ml的，構(gòu)成醉酒駕車。

2.3 主控電路

STM32F103R8T6是ST旗下的一款常用的增強(qiáng)型系列微控制器，適用于：電力電子系統(tǒng)方面的應(yīng)用、電機(jī)驅(qū)動、應(yīng)用控制、醫(yī)療、手持設(shè)備、PC游戲外設(shè)、GPS平臺、編程控制器（PLC）、變頻器、掃描儀、打印機(jī)、警報(bào)系統(tǒng)、視頻對講、暖氣通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)、LED 條屏控制。

2.4 信號處理

2.4.1 繼電器控制電路

繼電器模塊主要由繼電器及其驅(qū)動電路組成。其作用是，根據(jù)單片機(jī)輸出的信號接通汽車發(fā)動機(jī)打火裝置；或者是切換到檢測結(jié)果處于非正常狀態(tài)的報(bào)警燈，從而阻止汽車發(fā)動機(jī)打火裝置啟動。從單片機(jī)發(fā)出的驅(qū)動信號經(jīng)過一個三極管放大電路后，連接到繼電器的信號輸入引腳，完成對繼電器的控制作用。

2.4.2 指示燈電路

指示燈電路有紅綠兩個指示燈，紅燈亮，表示不能行車。綠燈亮，表示可以行車

2.4.3 顯示電路

采用OLED顯示屏，輸出顯示駕駛員心率值，指紋和酒精濃度是否通過，把單片機(jī)計(jì)算得出的結(jié)果用OLED數(shù)碼顯示屏來顯示，便于車主直接明了的看到自己的檢測結(jié)果。

2.4.4 系統(tǒng)電路板

選擇合適的模塊酒精檢測模塊，指紋模塊，心率檢測裝置，繼電器控制模塊，選擇MQ-3氣敏電阻式的酒精檢測模塊，以更高精度對酒精濃度進(jìn)行檢測。

設(shè)計(jì)制作整個系統(tǒng)的電路板，包括各元器件，模塊的焊接組裝，最終進(jìn)行整體調(diào)試安裝，并改進(jìn)完善。

3 研究結(jié)果

根據(jù)研究方案，最終設(shè)計(jì)出我們的第二代產(chǎn)品，本產(chǎn)品可以很好的滿足市場的需求，經(jīng)過測試，使用過程中的數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，各種誤差限定在極小的范圍內(nèi)。相比于第一代產(chǎn)品而言，第二代產(chǎn)品的功能更為強(qiáng)大，系統(tǒng)邏輯性更為嚴(yán)謹(jǐn)，約束性更強(qiáng)，體積更為小巧，使用更為方便快捷。

圖2 一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置