酒驾自动检测预警与紧急制动系统研究

张政+刘世辉+阳华+张晓梅

摘 要 针对日趋严重的酒驾问题，提出了一套能够紧急预防酒驾和紧急制动的方案，能对驾驶员是否酒架状态进行检测和监控，对出现酒驾情况实行紧急制动。

关键词 酒驾；检测；监控；预防；紧急制动

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0025-02

随着人们生活质量的提高，家庭用车的现象越来越普遍，同时由于人口流动、汽车量的增加，虽然方便了人们的生活，但是引发了一系列的酒后驾驶问题。据统计，2011年全国涉及人员伤亡的道路交通事故210812起，共造成62387人死亡，其中由于酒后驾驶造成的事故占22%！我国新道路交通安全法明确强调加强力度查处“酒后驾驶”。虽然，在我国大城市交通警察都配备有“酒精测试仪”，但是大部分“酒后驾驶”的司机都抱有不会被交警发现的侥幸心理，使得“酒后驾驶”不能从根本上杜绝。本项目致力于酒驾自动检测、预警提示与自动锁车系统研究，最大限度降低酒后驾车风险，保障公共交通安全和车辆安全。

1 整体框架

如图1所示，主要框架由气敏传感检测、触发电路、语音电路、延时制动与解锁部分构成，检测部分采用气敏传感器MQ-2，检测超标然后通过比较电路输出高电平触发GTO导通，后置电路工作，语音芯片采用MP50100，主要用555定时器构成延时系统继电器断电，继电器控制汽车动力装置，汽车制动。

图1 系统框图

2 系统设计

系统设计包括电源部分与检测电路、触发电路、延时制动、语音报警电路的设计。

2.1 电源部分与检测电路

图2 检测电路图

如图2在电源VCC的支路上有继电器KM1，当汽车打火发动时，继电器通电闭合导通，当汽车制动停火时继电器关断；在由R1和发光二极管VD1构成的与电源并联的支路上，发光二极管用于显示该系统是否在工作状态；C1通过充电，防止在突然断电的情况下烧毁系统元件。

MQ-2的主要性能指标：

1）酒精探测范围：0-3m。

2）灵敏度R in air/R in typical gas≥5。

3）响应时间≤10 s。

4）恢复时间≤30 s。

因此MQ-2具有广泛的探测范围、高灵敏度、快速响应恢复、优异的 稳定性、寿命长、简单的驱动电路等特点，故本设计选用MQ-2作为检测传感元件。用W7805三端集成稳压器进行稳压，通过外接可调电阻R4可以调节适应不同情况下的传感器的灵敏度。

2.2 触发电路

图3 触发电路图

如图3，R等效为传感器的输出电阻，R4为外接可调电阻，RT的负温度系数的热敏电阻，用来跟踪温度的变化达到温度补偿的目的；R5为可调电阻，可以根据不同需要调节R5；由于半导体的阻值在加电压后不能马上稳定下来，为防止上电后控制电路误导通，防止汽车启动时的误报，R8和C3构成的延时电路能有效防止启动时误报。

GTO是门极可关断晶闸管，当门极施加正脉冲时可以使其导通，通过在门极施加负电压时使其关断；经过电源部分与检测电路，通过调节R4，输出电压U1与U2=VCC^R6/（R5+R6）比较；当检测驾驶员呼出酒精浓度大于要求值即U1>U2时，输出正脉冲GTO导通，后置电路通电开始工作；当检测驾驶员呼出酒精浓度小于要求值即U1

2.3 延时制动

图4 延时制动系统

由555定时器组成的多谐振荡器延时电路，当检测系统检测到驾驶员酒精浓度超标时，GTO导通通电后，如图4电容C4被充电，设2、6号引脚电压为Vc，当Vc上升到2VCC/3时，使Vo为低电平，此时C通过R11放电，Vc下降。当Vc下降到VCC/3时，Vo翻转为高电平。电容C4放电所需时间为：

T1=R11^C^In2

当Vo为低电平时，通过NPN三极管放大使继电器KM2失电断开，因为继电器KM2控制着汽车的动力装置，因此只要检测到的浓度高于标准汽车将在延迟T1时间后停火。KM2为按钮式继电器，当断开后，再次发动时需要按下按钮解锁。

2.4 语音报警

PM50系列语音IC是新型IC系列，MP50内部采用了语音单片机，9个输出控制端口甚至可以实现单片机的部分功能，音质、价位、存储等都比较好而且反复擦写录音可以达一万次以上。因此，本设计的语音部分主要采用MP50100芯片实现。

图5 语音系统图

图6 语音芯片实物图

如图5，PM50100外接电源，扬声器几阻容原件构成的工作状态下的最小系统，MP50100芯片工作一般在3 V-6 V，当GTO通电后R15的分压使VDD在适合状态电压，由R14和VD3的之路上，VD3发光显示其在工作状态，在出故障时也可方便维修员检查故障位置。

3 系统主要功能及特点

1）自动检测、预警：当驾驶员就坐时，车内检测仪器启动自动检测酒精浓度并发出预警 信号提示是否安全驾驶。

2）智能延时制动处理：当驾驶员被检测仪器测出达到酒后驾驶标准时，系统声光预警提示，并且一定延时后强行禁止车辆行驶，以便驾驶员可以将车辆停在安全位置，消除酒后驾驶将出现一系列交通事故的隐患，从而保证驾驶员和行人的人身和财产安全。

3）防偷防盗：本设计采用了按钮继电器，按钮可以安装在只有驾驶员知道的位置，为了防止醉驾情况，驾驶员意志不清醒，汽车停火后防止外人开走。

4）节能：改系统的控制电路是由于可控晶闸管的导通与否控制，而不是一直处于等待状态，GTO导通，才提供电源给后置电路。

4 结束语

本方案设计过程中，多次对各种实际状态进行模拟测试，设定相关的参数就形成了完整的酒驾自动检测预警与制动系统，能在已学的知识上最大限度设计出改系统使降低酒后驾车风险，保障公共交通安全和车辆安全。实现该系统能很大的创造一个安全的驾驶环境，市场应用前景广阔。如果在按钮继电器处断开时，使用通过GSM系统的短信方式提醒车主及其家人，功能将会更加完善。

注：本文指导老师：冷爱莲

项目基金

本文系2012年国家湖南省湘潭大学大学生创新性试验计划资助项目。

参考文献

[1]邹道胜.电子创新设计技术[M].科学出版社.

[2]卿太全.传感器应用电路集萃[M].中国电力出版社.

[3]王兆安.电力电子技术（第五版）[M].机械工业出版社.

[4]康华光.电子技术基础（数字部分）第五版[M].高等教育出版社.

摘 要 针对日趋严重的酒驾问题，提出了一套能够紧急预防酒驾和紧急制动的方案，能对驾驶员是否酒架状态进行检测和监控，对出现酒驾情况实行紧急制动。

关键词 酒驾；检测；监控；预防；紧急制动

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0025-02

随着人们生活质量的提高，家庭用车的现象越来越普遍，同时由于人口流动、汽车量的增加，虽然方便了人们的生活，但是引发了一系列的酒后驾驶问题。据统计，2011年全国涉及人员伤亡的道路交通事故210812起，共造成62387人死亡，其中由于酒后驾驶造成的事故占22%！我国新道路交通安全法明确强调加强力度查处“酒后驾驶”。虽然，在我国大城市交通警察都配备有“酒精测试仪”，但是大部分“酒后驾驶”的司机都抱有不会被交警发现的侥幸心理，使得“酒后驾驶”不能从根本上杜绝。本项目致力于酒驾自动检测、预警提示与自动锁车系统研究，最大限度降低酒后驾车风险，保障公共交通安全和车辆安全。

1 整体框架

如图1所示，主要框架由气敏传感检测、触发电路、语音电路、延时制动与解锁部分构成，检测部分采用气敏传感器MQ-2，检测超标然后通过比较电路输出高电平触发GTO导通，后置电路工作，语音芯片采用MP50100，主要用555定时器构成延时系统继电器断电，继电器控制汽车动力装置，汽车制动。

图1 系统框图

2 系统设计

系统设计包括电源部分与检测电路、触发电路、延时制动、语音报警电路的设计。

2.1 电源部分与检测电路

图2 检测电路图

如图2在电源VCC的支路上有继电器KM1，当汽车打火发动时，继电器通电闭合导通，当汽车制动停火时继电器关断；在由R1和发光二极管VD1构成的与电源并联的支路上，发光二极管用于显示该系统是否在工作状态；C1通过充电，防止在突然断电的情况下烧毁系统元件。

MQ-2的主要性能指标：

1）酒精探测范围：0-3m。

2）灵敏度R in air/R in typical gas≥5。

3）响应时间≤10 s。

4）恢复时间≤30 s。

因此MQ-2具有广泛的探测范围、高灵敏度、快速响应恢复、优异的 稳定性、寿命长、简单的驱动电路等特点，故本设计选用MQ-2作为检测传感元件。用W7805三端集成稳压器进行稳压，通过外接可调电阻R4可以调节适应不同情况下的传感器的灵敏度。

2.2 触发电路

图3 触发电路图

如图3，R等效为传感器的输出电阻，R4为外接可调电阻，RT的负温度系数的热敏电阻，用来跟踪温度的变化达到温度补偿的目的；R5为可调电阻，可以根据不同需要调节R5；由于半导体的阻值在加电压后不能马上稳定下来，为防止上电后控制电路误导通，防止汽车启动时的误报，R8和C3构成的延时电路能有效防止启动时误报。

GTO是门极可关断晶闸管，当门极施加正脉冲时可以使其导通，通过在门极施加负电压时使其关断；经过电源部分与检测电路，通过调节R4，输出电压U1与U2=VCC^R6/（R5+R6）比较；当检测驾驶员呼出酒精浓度大于要求值即U1>U2时，输出正脉冲GTO导通，后置电路通电开始工作；当检测驾驶员呼出酒精浓度小于要求值即U1

2.3 延时制动

图4 延时制动系统

由555定时器组成的多谐振荡器延时电路，当检测系统检测到驾驶员酒精浓度超标时，GTO导通通电后，如图4电容C4被充电，设2、6号引脚电压为Vc，当Vc上升到2VCC/3时，使Vo为低电平，此时C通过R11放电，Vc下降。当Vc下降到VCC/3时，Vo翻转为高电平。电容C4放电所需时间为：

T1=R11^C^In2

当Vo为低电平时，通过NPN三极管放大使继电器KM2失电断开，因为继电器KM2控制着汽车的动力装置，因此只要检测到的浓度高于标准汽车将在延迟T1时间后停火。KM2为按钮式继电器，当断开后，再次发动时需要按下按钮解锁。

2.4 语音报警

PM50系列语音IC是新型IC系列，MP50内部采用了语音单片机，9个输出控制端口甚至可以实现单片机的部分功能，音质、价位、存储等都比较好而且反复擦写录音可以达一万次以上。因此，本设计的语音部分主要采用MP50100芯片实现。

图5 语音系统图

图6 语音芯片实物图

如图5，PM50100外接电源，扬声器几阻容原件构成的工作状态下的最小系统，MP50100芯片工作一般在3 V-6 V，当GTO通电后R15的分压使VDD在适合状态电压，由R14和VD3的之路上，VD3发光显示其在工作状态，在出故障时也可方便维修员检查故障位置。

3 系统主要功能及特点

1）自动检测、预警：当驾驶员就坐时，车内检测仪器启动自动检测酒精浓度并发出预警 信号提示是否安全驾驶。

2）智能延时制动处理：当驾驶员被检测仪器测出达到酒后驾驶标准时，系统声光预警提示，并且一定延时后强行禁止车辆行驶，以便驾驶员可以将车辆停在安全位置，消除酒后驾驶将出现一系列交通事故的隐患，从而保证驾驶员和行人的人身和财产安全。

3）防偷防盗：本设计采用了按钮继电器，按钮可以安装在只有驾驶员知道的位置，为了防止醉驾情况，驾驶员意志不清醒，汽车停火后防止外人开走。

4）节能：改系统的控制电路是由于可控晶闸管的导通与否控制，而不是一直处于等待状态，GTO导通，才提供电源给后置电路。

4 结束语

本方案设计过程中，多次对各种实际状态进行模拟测试，设定相关的参数就形成了完整的酒驾自动检测预警与制动系统，能在已学的知识上最大限度设计出改系统使降低酒后驾车风险，保障公共交通安全和车辆安全。实现该系统能很大的创造一个安全的驾驶环境，市场应用前景广阔。如果在按钮继电器处断开时，使用通过GSM系统的短信方式提醒车主及其家人，功能将会更加完善。

注：本文指导老师：冷爱莲

项目基金

本文系2012年国家湖南省湘潭大学大学生创新性试验计划资助项目。

参考文献

[1]邹道胜.电子创新设计技术[M].科学出版社.

[2]卿太全.传感器应用电路集萃[M].中国电力出版社.

[3]王兆安.电力电子技术（第五版）[M].机械工业出版社.

[4]康华光.电子技术基础（数字部分）第五版[M].高等教育出版社.

摘 要 针对日趋严重的酒驾问题，提出了一套能够紧急预防酒驾和紧急制动的方案，能对驾驶员是否酒架状态进行检测和监控，对出现酒驾情况实行紧急制动。

关键词 酒驾；检测；监控；预防；紧急制动

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0025-02

随着人们生活质量的提高，家庭用车的现象越来越普遍，同时由于人口流动、汽车量的增加，虽然方便了人们的生活，但是引发了一系列的酒后驾驶问题。据统计，2011年全国涉及人员伤亡的道路交通事故210812起，共造成62387人死亡，其中由于酒后驾驶造成的事故占22%！我国新道路交通安全法明确强调加强力度查处“酒后驾驶”。虽然，在我国大城市交通警察都配备有“酒精测试仪”，但是大部分“酒后驾驶”的司机都抱有不会被交警发现的侥幸心理，使得“酒后驾驶”不能从根本上杜绝。本项目致力于酒驾自动检测、预警提示与自动锁车系统研究，最大限度降低酒后驾车风险，保障公共交通安全和车辆安全。

1 整体框架

如图1所示，主要框架由气敏传感检测、触发电路、语音电路、延时制动与解锁部分构成，检测部分采用气敏传感器MQ-2，检测超标然后通过比较电路输出高电平触发GTO导通，后置电路工作，语音芯片采用MP50100，主要用555定时器构成延时系统继电器断电，继电器控制汽车动力装置，汽车制动。

图1 系统框图

2 系统设计

系统设计包括电源部分与检测电路、触发电路、延时制动、语音报警电路的设计。

2.1 电源部分与检测电路

图2 检测电路图

如图2在电源VCC的支路上有继电器KM1，当汽车打火发动时，继电器通电闭合导通，当汽车制动停火时继电器关断；在由R1和发光二极管VD1构成的与电源并联的支路上，发光二极管用于显示该系统是否在工作状态；C1通过充电，防止在突然断电的情况下烧毁系统元件。

MQ-2的主要性能指标：

1）酒精探测范围：0-3m。

2）灵敏度R in air/R in typical gas≥5。

3）响应时间≤10 s。

4）恢复时间≤30 s。

因此MQ-2具有广泛的探测范围、高灵敏度、快速响应恢复、优异的 稳定性、寿命长、简单的驱动电路等特点，故本设计选用MQ-2作为检测传感元件。用W7805三端集成稳压器进行稳压，通过外接可调电阻R4可以调节适应不同情况下的传感器的灵敏度。

2.2 触发电路

图3 触发电路图

如图3，R等效为传感器的输出电阻，R4为外接可调电阻，RT的负温度系数的热敏电阻，用来跟踪温度的变化达到温度补偿的目的；R5为可调电阻，可以根据不同需要调节R5；由于半导体的阻值在加电压后不能马上稳定下来，为防止上电后控制电路误导通，防止汽车启动时的误报，R8和C3构成的延时电路能有效防止启动时误报。

GTO是门极可关断晶闸管，当门极施加正脉冲时可以使其导通，通过在门极施加负电压时使其关断；经过电源部分与检测电路，通过调节R4，输出电压U1与U2=VCC^R6/（R5+R6）比较；当检测驾驶员呼出酒精浓度大于要求值即U1>U2时，输出正脉冲GTO导通，后置电路通电开始工作；当检测驾驶员呼出酒精浓度小于要求值即U1

2.3 延时制动

图4 延时制动系统

由555定时器组成的多谐振荡器延时电路，当检测系统检测到驾驶员酒精浓度超标时，GTO导通通电后，如图4电容C4被充电，设2、6号引脚电压为Vc，当Vc上升到2VCC/3时，使Vo为低电平，此时C通过R11放电，Vc下降。当Vc下降到VCC/3时，Vo翻转为高电平。电容C4放电所需时间为：

T1=R11^C^In2

当Vo为低电平时，通过NPN三极管放大使继电器KM2失电断开，因为继电器KM2控制着汽车的动力装置，因此只要检测到的浓度高于标准汽车将在延迟T1时间后停火。KM2为按钮式继电器，当断开后，再次发动时需要按下按钮解锁。

2.4 语音报警

PM50系列语音IC是新型IC系列，MP50内部采用了语音单片机，9个输出控制端口甚至可以实现单片机的部分功能，音质、价位、存储等都比较好而且反复擦写录音可以达一万次以上。因此，本设计的语音部分主要采用MP50100芯片实现。

图5 语音系统图

图6 语音芯片实物图

如图5，PM50100外接电源，扬声器几阻容原件构成的工作状态下的最小系统，MP50100芯片工作一般在3 V-6 V，当GTO通电后R15的分压使VDD在适合状态电压，由R14和VD3的之路上，VD3发光显示其在工作状态，在出故障时也可方便维修员检查故障位置。

3 系统主要功能及特点

1）自动检测、预警：当驾驶员就坐时，车内检测仪器启动自动检测酒精浓度并发出预警 信号提示是否安全驾驶。

2）智能延时制动处理：当驾驶员被检测仪器测出达到酒后驾驶标准时，系统声光预警提示，并且一定延时后强行禁止车辆行驶，以便驾驶员可以将车辆停在安全位置，消除酒后驾驶将出现一系列交通事故的隐患，从而保证驾驶员和行人的人身和财产安全。

3）防偷防盗：本设计采用了按钮继电器，按钮可以安装在只有驾驶员知道的位置，为了防止醉驾情况，驾驶员意志不清醒，汽车停火后防止外人开走。

4）节能：改系统的控制电路是由于可控晶闸管的导通与否控制，而不是一直处于等待状态，GTO导通，才提供电源给后置电路。

4 结束语

本方案设计过程中，多次对各种实际状态进行模拟测试，设定相关的参数就形成了完整的酒驾自动检测预警与制动系统，能在已学的知识上最大限度设计出改系统使降低酒后驾车风险，保障公共交通安全和车辆安全。实现该系统能很大的创造一个安全的驾驶环境，市场应用前景广阔。如果在按钮继电器处断开时，使用通过GSM系统的短信方式提醒车主及其家人，功能将会更加完善。

注：本文指导老师：冷爱莲

项目基金

本文系2012年国家湖南省湘潭大学大学生创新性试验计划资助项目。

参考文献

[1]邹道胜.电子创新设计技术[M].科学出版社.

[2]卿太全.传感器应用电路集萃[M].中国电力出版社.

[3]王兆安.电力电子技术（第五版）[M].机械工业出版社.

[4]康华光.电子技术基础（数字部分）第五版[M].高等教育出版社.