酒驾检测与控制系统的实现

杨康，刘源，曾雅楠



酒驾检测与控制系统的实现

杨康，刘源通信作者，曾雅楠

（天津农学院工程技术学院，天津 300384）

系统采用酒精传感器对驾驶员呼气中的乙醇浓度进行检测，单片机对采集到的乙醇浓度信息进行处理和系统控制。为实施全程安全监控，检测和控制分为行车前和行车中两部分。行车前对呼气中乙醇含量检测可防止驾驶员醉酒启动车辆，行车中进行检测，若乙醇含量超标，系统则报警，并提示20 s后停车。除此之外，当驾驶员体内乙醇含量未超标时，实时显示乙醇浓度，若超标，激发现场报警和GSM远程电话报警等功能。

GSM；酒驾；监控系统；单片机

随着经济的发展和自驾车数量的增多，酒后驾驶人员越来越多，由酒驾所引发的交通事故也越发频繁，这对我国公共交通安全造成了极大危害。目前，我国对酒后驾车人员的检测多为手持式酒精测试仪[1]、顶空气相色谱仪血液乙醇检验和车载检测，前两种检测手段无法实现在线检测与控制，车载检测则成为未来的发展方向，但目前还存在许多控制系统较复杂、行车中检测乙醇浓度超标立刻制动带来危险等不足，所以进行酒驾智能监控系统的研究和开发，对人身安全和社会稳定具有现实意义。

1 系统组成及工作原理

系统由数据采集模块、信息处理模块、GSM远程通信模块、显示模块、控制模块和报警模块构成。系统组成如图1所示。该系统以单片机为核心，采用酒精传感器检测乙醇浓度。我国对酒后驾驶的判定界限为大于100～300 mg/L（血液中乙醇浓度）[2]。当司机体内乙醇浓度小于200 mg/L时，舵机开启，司机可正常驾驶，同时LCD显示乙醇浓度，提示安全；当司机处于酒驾时，舵机止动，车钥匙无法插入，蜂鸣器报警，GSM模块向亲友打电话报警，LCD提示危险。当乙醇浓度正常时，有自动解锁功能；车辆启动后，单片机判断到乙醇浓度超标，会发出警报（蜂鸣器响、警报灯闪烁），延时20 s后将自动切断供电电路使汽车制动。

图1 系统组成电路图

2 硬件系统设计

2.1 数据采集模块

2.1.1 酒精传感器模块

系统选用型号为ZYMQ-3的酒精传感器模块来检测司机呼出气体中乙醇的浓度，传感器工作电压为直流5 V，可输出8位模拟量和2位数字量。对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性, 乙醇浓度越高，输出电压越高。

2.1.2 数据采集电路

系统使用ZYMQ-3的酒精传感器模块将采集到的模拟量通过PCF8591芯片转换为数字量，传送给单片机，当测得司机体内乙醇浓度超过设定值时，传感器报警，指示灯瞬间点亮，通过显示判断测量出来的乙醇值完成后续的联动控制。

2.2 GSM通信模块

GSM模块主控芯片为GSM-A6芯片，硬件结构主要由MAX232芯片、MP1584（输入电压5～9 V）芯片、470 UF钽电容、2路天线接口、MICROSIM卡座、带麦耳机座等构成[3-4]。GSM-A6模块的工作电压范围为 3.3～4.2 V，灵敏度＜-105 dBm，系统选用波特率为9 600 bps。

GSM模块主要用于向亲属电话报警，当乙醇浓度超高，且持续8 s后，GSM模块自动向亲属打电话报警，直至乙醇浓度处于正常水平。

2.3 控制系统设计

在乙醇检测控制系统中，舵机主要用于控制钥匙孔挡板的运转。起始状态为舵机转动带动其上铁皮盖住钥匙孔。当测得乙醇浓度正常时，控制挡板顺时针旋转90°，露出钥匙孔，司机可正常开车。当乙醇浓度超标时，舵机控制挡板归位，铁皮盖住钥匙孔，司机无法行车。

舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20 ms、宽度为1.5 ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动[5]。

舵机采用PWM信号，通过调整脉冲的占空比来改变舵机的位置。舵机的控制如图2所示。

图2 舵机的控制

2.4 LCD浓度显示

系统选用LCD1602显示屏实时监控显示司机酒驾状态。当系统初始运行时，GSM模块准备联网，LCD液晶闪烁显示直至联网成功，并实时显示当前乙醇浓度信息。

2.5 报警模块

报警模块是由GSM远程报警、现场浓度超标时蜂鸣器报警和发光二极管闪烁报警3部分组成。蜂鸣器和发光二极管分别接到单片机的P1.7和P1.6引脚上。

3 软件系统设计

3.1 主程序设计

主程序流程图如图3所示。它完成系统进行初始化，对采集到的信号进行分析处理，协调分配任务给各个控制机构，实现显示数据报警及联动控制。

图3 主程序框图

3.2 控制程序设计

单片机对采集到的数据进行处理，发出控制命令，通过控制程序实现对舵机、蜂鸣器、报警灯及GSM模块进行控制。系统的控制程序分为两部分即行车前控制程序和行车后控制程序流程图，如图4和图5。

图4 行车前控制程序

图5 行车中控制程序

3.3 GSM通讯

GSM模块工作分3步。第一步，发送AT空格回车，若返回指令为OK，则表明已与GSM模块联机。第二步，发送ATD＋手机号码空格回车，实现拨打电话指令。第三步，发送ATH挂断电话[6-7]。

4 系统调试

系统实物图如图6所示。为了实现GSM模块与单片机的通讯，必须要首先实现GSM模块与PC机的联机调试，通过PC机对GSM模块进行发送相应的指令来实现GSM模块打电话的功能。为方便司机上车后便能进行酒驾检测，因而将酒精传感器装在方向盘正中央，便于采集乙醇数据。考虑到传感器本身功耗不高，因而采用UPS不间断电源对传感器进行持续供电[8]。

图6 系统实物图

在实验过程中发现，若系统的天线功率不够时，信号时断时续，甚至不能正常实现拨打电话，因此必须更换天线[9]。

打开串口调试软件，选择相应端口，打开串口，点击发送字符与接收字符，选择波特率为9 600 bps。调试界面指示图及拨通电话效果图分别如图7所示。

图7 串行通讯调试界面

舵机归位和制动示意图如图8和图9所示。

图8 舵机归位

图9 舵机制动

5 结论

系统是以单片机为核心，由单片机控制数据的采集、处理、显示、报警器、汽车制动操作。实现了驾驶员在行车全程中乙醇含量的实时检测、显示和控制。行车中的控制方法和用GSM电话向亲人报警方式，在保证安全的前提下，又充分体现了人性化，系统运行稳定。

[1] 张浩栋，王娟，蔡维，等. 基于单片机和手机的防酒驾系统设计[J]. 大众科技，2014，16（5）：51-53.

[2] 陈平生. 基于动态时间规整的酒驾识别研究[J]. 绍兴文理学院学报（自然科学），2013，33（8）：13-18.

[3] 孙丹. 基于GPS/GSM的车载醉酒禁驾系统设计[D]. 大连：大连理工大学，2013.

[4] 潘朝，罗小巧，黄佳，等. 基于GSM短信的智能家居控制系统的设计[J]. 电子测量技术，2013，36（6）：121-124.

[5] 韩庆瑶，洪草根，朱晓光，等. 基于AVR单片机的多舵机控制系统设计及仿真[J]. 计算机测量与控制，2011，19（2）：332-334，349.

[6] 邵玲轩，刘源，吴海云，等. 基于无线网络的冷藏车远程监控系统[J]. 天津农学院学报，2016，23（3）：39-42

[7] 梁峰，赵金才，都晓鹏，等. 基于ZigBee2007/PRO的智能家居无线组网设计[J]. 天津农学院学报，2016，23（3）：47-50.

[8] 曹海红. 一种汽车防酒驾监测报警系统设计[J]. 自动化与仪器仪表，2016（7）：233-234.

[9] 李阳，马洪新. 基于单片机的防酒驾系统设计与实现[J]. 内蒙古科技与经济，2016（22）：82-83.

责任编辑：杨霞

Implementation of Drunk Driving Detection and Control System

YANG Kang , LIU YuanCorresponding Author, ZENG Ya-nan

（College of Engineering and Technology, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384,China）

In this paper, an intelligent monitoring system of drunk driving (IMSDD) is proposed to monitor the driving system to ensure safety supervision. Alcohol sensor is employed in IMSDD to collect alcohol concentration values acquired by breath testing from the driver. Single chip microcomputer is also applied in the system to process the collected data and then control driving system. The IMSDD monitoring is implemented before driving and in driving. The alcohol testing before driving is to prevent the driver from starting a vehicle, while the testing in driving is to alarm on site and remind the driver of stopping 20 seconds later when the testing result is beyond the legal drink driving limit. Besides, the alcohol concentration is displayed in real time in IMSDD. If the testing result is over the legal drink driving limit, the GSM remote phone is also called to alarm.

GSM; drunk driving; monitoring system; SCM

1008-5394（2017）03-0085-03

U463.6；TP277

A

2017-04-13

天津农学院大学生创新创业训练计划项目“智能酒驾检测与控制系统”（201610061510）

杨康（1993-），男，四川眉山人，本科在读，主要从事检测与控制方面的研究。E-mail：152093296@qq.com。

刘源（1964-），女，广东兴宁人，教授，硕士，主要从事检测与控制方面的研究。E-mail：lywzwzly@126.com。