基于移动通信和GPS的酒驾报警系统的设计

石富才（湖北工程学院,湖北　孝感　432000）

基于移动通信和GPS的酒驾报警系统的设计

石富才
（湖北工程学院,湖北孝感432000）

随着科技的进步和经济的发展，汽车已经成为人们日常生活不可缺少的一部分。同时，随着汽车的普及，交通事故也越来越频繁，其中就有很大一部分是因为酒后驾驶造成的，这给人们的生命财产带来了巨大损失，酒后驾驶也被冠以“马路杀手”的称号。因此，本文将提出一种车载自动检测酒后驾驶的新技术——移动通信和酒驾报警系统。该系统通过实时检测和控制，并将检测结果发送到交警站的方式，大大改善了现有检测方式带来的弊端，使享受生活和尊重生命完美结合。

酒后驾车;酒精检测;智能管理;GPS;移动通信(GSM)

1　绪论

1.1课题研究的背景和意义

根据世界卫生组织的统计全球每年有130多万人死于交通事故，而酒后驾驶占其中的50%～60%，显然酒后驾驶已经成为交通事故的重大隐患，其危害触目惊心。防酒后驾驶迫在眉睫但解决起来非常困难，可谓任重道远，也需要我们投入更多的物力、财力和人力。

同时根据GPS系统和移动通信系统将检测结果发送到交通管理部门，交警可以根据检测结果做出相应的处理，从而大大提高了交通管理部门的执法效率，减少了执法过程对社会资源的浪费。同时，避免了不必要的交通滞留，减少了环境污染，提高了执法部门的公信力。

1.2课题的研究方向和内容

该系统设计将实现交警通过交警基站时时监控酒后驾驶车辆，并根据不同的检测结果快速做出相应的处理方案，最大化的提高工作效率、节约社会资源。该系统主要包含六大模块：酒精检测、移动通信、提示、控制、存储和GPS定位模块。系统将通过不同的酒精检测结果来决定是否触发提示模块、移动通信模块和GPS定位模块。

2　　系统概述

酒精检测报警系统包括：酒精检测模块、移动通信模块、GPS定位模块、提示模块、发动机控制模块、存储模块。酒精检测模块：呼气式酒精检测；移动通信模块：3G网络；提示模块：语音提示和灯光提示。检测又分为启动检测和驾驶检测。启动检测是，驾驶员在启动车辆时必须经过酒精检测，如果检测结果小于酒精浓度标准值，系统就会通过控制环节打开油路开关允许汽车启动，否则控制环节不会打开油路开关，汽车无法启动；驾驶检测是，驾驶员启动汽车后，检测系统会根据设定时间循环检测，如果发现酒精浓度超标，系统会立刻发出语音提示和灯光提示，若在规定的时间内驾驶员没有停止驾驶，系统会自动使汽车减速直到停止，最后锁定汽车，并向交警基站发出车主个人信息和酒精检测结果。如图1，是酒精检测系统的总体设计。

中央控制模块是该系统的大脑，它包含了数据的收集、处理和命令的发送等功能，采用PIC系列芯片。酒精检测模块在中央控制模块控制下进行启动前酒精浓度检测和启动后按设定时间循环酒精浓度检测，并将检测结果发送到中央控制模块。中央控制模块会根据酒精浓度的不同做出不同的反应，如果酒精浓度没有超出标准值，中央控制模块发出发动机启动指令；如果酒精浓度超出标准值，中央控制模块会根据汽车的当时运动状态发出不同的控制指令。若汽车处于熄火状态，中央控制模块发出禁止发动机启动的指令；若汽车处于运动状态，中心控制模块向提示模块发出提示指令，同时向控制模块发出延时控制指令，若在规定的时间内汽车没有停止前行，控制模块会自动控制发动机油路，直到发动机熄火，刹车系统和汽车应急提示灯打开。同时中央控制模块将GPS信息和车主信息通过移动通信模块发送到交警基站。

2.1基于该系统禁驾模块的设计

酒后禁驾系统设计将包含酒精检测、信息处理、GPS定位、移动通信等系统的设计。其中先通过酒精检测装置收集信息，再将信息加以处理、对比，根据对比结果由中央控制器发出操作指令，再由移动通信系统和控制系统完成对应操作。

电子鼻检测技术是一种新的气体检测技术，它是传感器、电子、信号处理和计算机等多个技术的融合。到目前为止，其应用在环境保护、质量控制、化工控制等各个领域都有很多成功的案例。随着科技的不断进步和相关技术的不断成熟，电子鼻将会在各行各业得到大量使用。

2.2 基于该系统GPS模块的设计

GPS数据格式定义：

$GPRMC，＜1＞,＜2＞,＜3＞,＜4＞,＜5＞,＜6＞,＜7＞,＜8＞,＜9＞,＜10＞,＜11＞＜CR＞＜LF＞

（1）时间定位的标准格式：时时-分分-秒秒.妙妙妙（hhmmss.sss）

（2）定位状态，A=输入数据可用，V=输入数据不可用。

（3）纬度的格式：度度-分分.分分分分（ddmm.mmmm）。

（4）纬度划分，北半球（N）与南半球（S）。

（5）经度的格式：度度-分分.分分分分。

（6）经度划分，东半球（E）与西半球（W）。

（7）有效相对位移速度，0.0至1851.8knots

（8）有效相对位移方向，000.0至359.9度，实际值。

（9）日期的格式：日日月月年年（ddmmyy）。

（10）磁极的变量，000.0至180.0。

（11）度数。

（12）Checsum。

GPGSA（GPS精度指针及使用卫星格式）

2.3 基于该系统移动通信模块的设计

在通信双方有一方或着两方处于运动中的通信。包含陆上、海上、空中移动通信。使用的频段有低频、中频、高频、甚高频和特高频。移动通信系统是由移动平台、基站、移动交换局构成。如果要同某个移动台通信，移动交换局通过各基站向全网发出呼叫信号，被呼叫基站收到后发出应答信号，移动交换局收到应答信号后分配唯一信道给该移动台并从此话路信道中传送一信令使其振铃。

（1）反向开环功率控制。移动平台根据在小区中收到功率的变化，调节移动平台发射的功率以达到所有移动平台发出信号在各自基站时有一样的功率。这是为了能够补偿阴影、信号拐弯等效应。

（2）反向的闭环功率控制。设计闭环功率控制的目标：使基站对移动平台的开环功率快速做出纠正，以确保移动平台保持在最合理的发射功率。

（3）前向功率控制。在前向功率的控制中，基站参照移动平台提供的有效测量结果，以此来调整对每个移动平台的发出功率，其目的是对路径衰减小的移动平台分配相对较小的前向链路的功率，而对那些远离基站或误码率高的移动平台分配相对较大的前向链路的功率。

2.4本章小结

本章对车载酒后禁驾系统做了整体设计，主要包含中央控制模块、酒精的检测模块、发动机控制模块、信号发射模块和存储模块构成。对酒后驾驶车采用了GPS系统和移动通信系统，进行定位和实时监控。

3　基于该系统的硬件设计

3.1硬件使用

3.2PIC16F877A最小系统

在PIC16F877A最小系统工作时使用的是电路的时钟信号，同时采用阻容复位，12MHz的晶振。系统实用的是上电位复位电路，即在MCLR和VDD之间通过电阻（保护电路）相连，在VDD大于1.6V小于1.8V时，电路就会产生一个复位脉冲将系统直接复位。为了实现高效安全的目的，本系统采用自动复位和人工复位两种复位方式。在整个系统设置中，只有PIC16F877A一个控制芯片，其余的模块都是通过该芯片控制。同时系统的IC总线支持两线控制的通信模式，它们拥有一个7位专用地址码。7位地址码的分部：

（1）高四位是器件的类型地址，这些固定地址是不能改变的。

（2）低三位是引脚设定地址，可以通过器件的引脚接线状态来配置。

3.3酒精传感器的设计

本设计使用半导体式的酒精传感器MQ303，它拥有对乙醇灵敏度高、选择性好和快速响应等优点。同时它驱动回路简单、价格低廉，在相同功能下能够降低成本。同时在本系统采用HIH-3610湿度传感器，有三方面考虑的因素：

（1）系统会根据湿度传感器识别驾驶员是否向呼气口呼入气体，确保驾驶员在启动汽车之前对酒精检测；

（2）因为酒精传感器对环境有一定的依赖，同时环境的湿度随时间变化，这也造成数据的漂移，所以为了避免环境对检测结果的影响，提高检测精度，电路中会对检测结果进行补偿；

（3）由于呼出气体受环境、气流速度和气口到传感器的距离的影响，在检测的到的检测结果必须进行修正。

以上方法可以有效的降低呼气检测中外部和内部造成的影响，可以有效的提高酒精浓度检测的精度。

HIH-3610特点如下：

（1）SVDC输入，0.8～3.9VDC输出；

（2）低功耗设计:200uA驱动电流，很适合电流供电的低功耗系统；

（3）快速反映:15秒；

（4）稳定性好，低漂移，抗化学腐蚀性能；

（5）工作范围:-40～85℃，0～100%RH。

3.4语音提示电路的设计

在该系统中采用的是ISD1730语音芯片，该芯片可以完成信息管理、双运行模式和独自设定指示音效。同时芯片内部包括自带内存、自带振动器、麦克风的放大器和扬声器的驱动电路，最终实现全方向的整合。

3.5 SIM300模块电路图设计

SIM 300串口为串行异步收发器，符合RS232串口电路。引脚RXD、TXD与MAX232相连，实现电平传换和串口通信功能。将COMS电平转化为RS-232电平，利用AT指令通信，最终实现GSM模块与PC机的数据传输。

系统供电电压为可将电压由SV降到SV4.2V，SIM300模块电压电源设置为4.2V，利用LM 2576ADJ电路为其提供工作电压。在运行时要注意电源供给功率，输入电压不能低于3.4V，即使在传输突发脉冲串中电流小号可能上升到2A时，也要确保电压不低于3.4V，模块可能自动关闭。

3.6 GPS模块硬件设计

REB-3571的 内 部采用SiRFStarIII单 芯片 技 术， 其 具有4MbFLASH和11MbSRAM。1MbSRAM并且带有备用电池，这样就能够保留卫星轨道的参数、时间和位置等上一次关键数据。GPS模块输出TTL电平，且具有两个RS-232全双工的串口。波特率为4800到57600可调。

REB-3571的电气性能参数如下所示:

（1）工作电压电流为3.3V/72mA；

（2）能实现20个通道并行接受，接受频率为1575.42MHz；

（3） 能 支 持NMEA-0183V3.0协 议， 支 持DGPS(WAAS/ EGNOS/RTCM);

（4）模块启动时间快，冷启动定位时间42s，热启动定位时间1s，数据捕获时间0.1s；

（5）定位速度块，最大速度415m/s；

（6）海拔高度最大18km。

3.7 电源电路的设计

为了满足各个模块的要求，分别采用芯片LM 2576将12V电压转为SV电压，为单片机供电如图3.16。然后用LM 2576_ADJ将5V电压转为4.2V电压，为SIM 300模块供电如图3.17。用TP8350为酒精传感器MQ303供电如图3.19。LM 2576输入电压范围比较大，一般输入电压7V～40V。输出固定电压3.3V/5V/12V/15V，叮选。LM2576_ADJ是输出电压可调型，输入端加滤波电容，可以减少输入端的干扰。输出端的四个电容也是用于减小干扰，保证电源的输出电压稳定。输出电压与输入电压调整关系山公式:=1.25(1+/)，其中，拭即为电路中凡，。通过调节，的电压值，就可以改变电压值的输出大小。LM1117-3.3固定电压输出3.3Ve输入输出端加入滤波电容，以减少信号干扰。

3.8 本章小结

本章主要介绍了酒驾报警系统的硬件设计。首先介绍了系统的中央器件PIC15f778A与酒精检测、语音提示、灯光提示、GPS定位和移动通信各个模块链接的关系。然后是系统各个模块的电路构成，各个芯片引脚使用的主要功能。

[1]刘光远译．世界预防道路交通伤害报告[R].北京:人民卫生出版社，2004.

[2]车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验.中华人民共和国国家标准[S],2011.

[3]血液酒精含量的检验方法[S].中华人民共和国国家标准,2009.

[4]呼出气体酒精含量探测器[S].中华人民共和国公共安全行业标准,2001.

[5]谢红卫译．现代控制系统[M].高等教育出版社，2001

[6]方彦军，孙健.智能仪器技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2005.

[7]蔡尚峰主编，自动控制理论[M].机械工业出版社，1998.

[8]洪大永，GPS全球定位系统技术及其应用[M].厦门大学出版社，1998.