基于多传感器的酒后驾驶测控系统

朱一多

(武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065)

0 前言

随着我国经济的腾飞和交通行业的发展，汽车越来越广泛的进入到千家万户，随之带来的酒后驾驶已成为交通事故最主要的原因之一。为了避免交通悲剧的发生，一种有效的提醒民众、防止酒后驾驶系统的出现就成为现实的迫切需要。酒后驾驶测控系统可以有效的对驾驶员饮酒状况进行检测，从而提醒驾驶员和控制发动机功能，可以有效的减少酒后驾驶的危害。

1 系统总体结构

酒后驾驶测控系统由各种传感器、模数转换器、单片机、显示器件(数码管)、声光报警器件(发光管、蜂鸣器)等组成。该系统的物理结构如图1所示:

图1 酒后驾驶测控系统总体结构图

酒精传感器将检测到的酒精浓度转化为电信号，然后将电信号传送给模数转换器，模数转换器将转换后得到的数字信号传给单片机，单片机对所输入的数字信号进行分析处理，最后将分析处理的结果通过数码管显示出来。由于酒精传感器的精度受到温度和湿度的影响，故需要温湿度传感器对温湿度进行测量，测量结果为数字信号，可直接输入单片机对酒精测量结果进行修正。

国家质量监督检验检疫总局发布的《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验》国家标准(GB19522－2004)规定:驾驶人员血液中的酒精含量大于(等于)20毫克/100毫升、小于80毫克/100毫升的行为属于饮酒驾车，含量大于(等于)80毫克/100毫升的行为属于醉酒驾车。呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量是成正比的。单片机可据此分别进行相应处理:若测量结果不属于饮酒驾车，则绿灯亮;属于饮酒驾车，则黄灯亮，蜂鸣器发出短报警声，通过继电器控制发动机停止运行;属于醉酒驾车，则红灯亮，蜂鸣器发出长报警声，发动机停止运行。

2 系统的硬件设计

2.1 酒精传感器的选择

目前来说，对气体中酒精含量进行检测的设备主要有以下几种类型:燃料电池型(电化学型)、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。燃料电池型酒精传感器效果最好，但是成本较高。下面主要介绍半导体型传感器。

半导体型采用氧化锡半导体作为传感元件，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低，半导体型呼气式酒精测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体在不同温度工作时，对不同气体敏感程度是不同的，因此半导体型呼气酒精测试仪一般都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在该温度下，传感器对酒精具有最高的灵敏度。本系统用到的半导体型酒精传感器有MQ303和MQ－3两种，测量结果的均值采纳为最终酒精浓度。MQ303及其测试电路和MQ－3及其测试电路分别如图2和图3所示。

图2 MQ303及其测试电路

图3 MQ－3及其测试电路

2.2 温湿度传感器选择

温湿度传感器用于向单片机提供系统当前的温度和湿度，以便对酒精传感器测量结果进行修正。本系统选用SHT10测量温湿度，SHT10及其应用电路如图4所示。

图4 SHT10及其应用电路

2.3 模数转换器(AD)的选择

模数转换电路的功能是将连续变化的模拟量转换为离散的数字量，是架起模拟系统跟数字系统之间连接的桥梁。对于本系统而言，就是用于快速、高精度地对输入的酒精浓度信号进行采样编码，将其转换成单片机所能够处理的数字量。

本系统采用ADC0809完成模数转换的功能，ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。

2.4 单片机的选择

本系统采用AT89S52单片机对系统进行控制，AT89S52是低功耗、高性能、采用 CMOS工艺的8位单片机，其片内具有8KB的可在线编程的Flash存储器。该单片机采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存储器技术，与工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容;片内的Flash存储器可在线重新编程，或者使用通用的非易失性存储器编程;通用的8位CPU与在线可编程Flash集成在一块芯片上，从而使AT89S52功能更加完善，应用更加灵活;具有较高的性能价格比，使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。

2.5 系统整体硬件原理

本文用电路图来表示系统整体硬件原理，如图5所示(传感器电路略去，直接用电压电路代替，汽车发动机用步进电机模拟)。

图5 系统硬件原理图

3 系统的软件设计

系统的软件包括对ADC0809两个通道的数据循环读入，对温湿度传感器数据的接收，对数码管实时显示的控制，对步进电机、发光二极管、蜂鸣器的控制等。

4 结论

本系统在实验室选择了若干组已知浓度的含酒精气体进行测试，误差均在正常范围内。在室外测试部分，被测者饮用二两白酒后，对标准取样瓶进行呼气，平衡后测量，4小时之内均可测出酒精的存在。系统还可以继续改进，在现有传感器的基础上，可以增加测量驾驶员心跳、汗液等的传感器，以便对驾驶员的饮酒状况进行更精确的判断。显示器件也可以换成液晶显示器，以便向检测者提供更多的信息。蜂鸣器可以换成语音芯片，以便使系统更加人性化。

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