防酒后驾驶控制系统设计

德州学院汽车工程学院 李先旺 于士军

防酒后驾驶控制系统设计

德州学院汽车工程学院 李先旺 于士军

酒后驾驶造成交通事故频繁发生，此控制系统主要用来防止醉酒驾驶。该系统由一个酒精传感器、微控制器、一个电压比较器、继电器、电源、语音报警模块和其他组件组成。用C51单片机集成了模拟测试仪模拟仿真实验。结果显示：驾驶员酒精含量超过标准时，切断控制电源，实现控制功能。

酒后驾驶；酒精传感器；继电器

1 引言

中国近年来在机动车保有量迅速增加，随着机动车辆的激增，机动车交通事故逐渐增多，酒后驾驶发生的交通事故占全年总交通事故的百分之八十。如何减少或者预防酒后驾驶行为的出现是摆在各级交管部门面前的一道难题，迫切需要一款实用性强、使用便利的防酒后驾驶控制系统。本文针对市场需求，设计开发了一款防酒后驾驶控制系统。

2 系统工作原理

该系统由酒精传感器、微控制器、电压比较器、继电器、电源、语音报警模块等组成。它的工作原理是，通过酒精传感器检测驾驶员呼出气体的酒精浓度，由传感器将信号发送给微控制器，微控制器通过驾驶员的呼出气体的酒精浓度与控制继电器的工作值进行对比，从而控制电动机的工作状态，如果驾驶员呼出气体的酒精浓度超标，继电器控制点火装置不工作，无法启动车辆，同时进行语音报警。

3 防酒后驾车系统设计

3.1 气体传感器的种类及其工作原理

气体传感器是将检测到的气体的浓度转换成电信号，传递给微控制器，用以控制继电器工作。主要有接触燃烧式气体传感器，半导体式气体传感器，电化学气体传感器等几种。在工业上经常使用的是半导体气体传感器。半导体气体传感器是利用半导体与气体接触后其特性发生变化的原理，把被测气体的成分和浓度等信息转换成信号，由此来测量气体浓度。本设计选用半导体气体传感器。

3.2 单片机及其选型

从使用形状上，微型计算机可以分为3种：系统机、单板机和单片机。单片机的特点是：价格低，速度快，体积小，因而得到广泛的应用。该系统使用的单片机为AT89S51单片机，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP （In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。详见图1。

图1 AT89S51单片机及外围电路

3.3 防酒后驾车控制器的控制电路及工作原理

结合防酒后驾车控制系统的工作原理，设计控制电路如图2所示。

图2 防酒后驾车控制器的控制电路

此电路中QM-J1为间接加热的气体传感器，半导体传感器加热丝和测量电极分开，加热丝不与感光材料接触，减小电路之间的相互影响，该装置的热容量较大，稳定性好，可靠性高。

具体工作情况如下：如果驾驶员没有饮酒，开关S闭合，继电器K1通电，K1-1引入点火，发生器准备关闭；而加热元件的气体感测装置开始加热；此时气体传感器中，电极间电阻B为大，U2为高电平，U1为低电平，定时器关闭，K2继电器线圈通电时，K2-1保持闭合，发生器点火，汽车起动，发光二极管VD1通电发射绿光。如果驾驶员醉酒驾驶，气敏装置A、B的发射极电阻急剧下降，U2为低电平，U1为高电平，计时器被接通，3脚输出低电平，K2继电器线圈通电时，K2-1关闭，无法启动发动机，K2-2常开触点闭合，发光二极管VD2发射红光作为警告不能起动发动机。

3.4 样品制作与调试

为了测试控制系统工作状况，特搭接电路，做出样品进行测试。电路板侧。防酒后驾驶控制系统酒精传感器测试范围在10～1000ppm，依靠酒精传感器模块测试不同酒精样品，观察报警器工作状态，以确定所测试控制系统工作是否正常。驾驶人饮用不同的样品酒，随着酒精摄入量增加，观察报警器的工作状态。

表1 饮酒品种及量的变化所对应报警器工作的情况

4 总结

所设计防酒后驾驶控制系统由一个酒精传感器、微控制器、一个电压比较器、继电器、电源、语音报警模块和其他组件组成。通过对气体传感器及单片机的选取，并设计适合检测及报警的相应电路，并通过样品的制作，实现了通过此系统的检测，有效控制酒后驾驶行为的出现，保障安全出行。下一步需在便利性、准确性及与互联网联系方面进行进一步的研究。

［1］赵卫兴，高岩，陈鹰.我国酒后驾驶现状分析，2015.

［2］岳睿.呼出式酒精传感器的研究进展，2013.

［3］梁集贤，杨青，荆莹.驾驶员血液中乙醇浓度相关性研究，2013.