一种基于单片机的汽车驾驶员酒驾检测系统

孙恩民

摘 要：文章主要针对驾驶员酒后驾驶行为，设计了一套防酒驾系统，该系统由温度检测电路、酒精传感器模块、模数转换模块、信息处理单元、报警单元组成，可以有效的阻止酒后驾驶行为。

关键词：酒精传感器；信息处理；报警单元

中图分类号：U471 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）17-179-03

Abstract： The article mainly focuses on driver's drunk driving behavior， a set of anti alcohol driving system is designed. The system consists of a temperature detection circuit， an alcohol sensor module， an analog-to-digital conversion module， an information processing unit and an alarm unit.Effective prevention of drunk driving.

Keywords： Alcohol sensor； information processing； alarm unit

CLC NO.： U471 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-179-03

引言

最近幾十年中国经济高速发展，也带来了汽车行业的飞速发展，中国汽车销量连续8年世界第一，私家车保有量也急剧上升。汽车成为人们日常生活中最不可或缺的交通工具，同时由于驾驶员、车辆、道路交通环境的复杂性，汽车事故量也不断上升，其中很大一部分事故和酒后驾车相关，酒后驾驶已经成为车祸致死的主要原因之一，成了社会稳定的一大威胁。交通管理部门也不断的提高酒后驾驶的惩罚力度，但是比较难从根本上解决酒后驾驶问题，由于存在一定的侥幸心理，酒后驾驶行为难以杜绝。因此，本文设计了一套基于单片机的汽车驾驶员酒驾检测系统，如果检测到驾驶员饮酒，就会通过报警灯警示驾驶员切勿驾驶车辆，酒精度超过一定的标准可以采取自动切断起动电路的电源，让车辆不能启动，随着智能网联汽车的发展，该系统可以和TBOX建立连接，利用TBOX发送车辆位置和驾驶员酒驾情况通过4G网络传给驾驶员家人的手机APP或者交通管理部门的终端接收装置，以便采取进一步措施，杜绝一切酒后驾驶汽车的行为，减少交通事故数量，给行人和乘员带来安全感，增加社会稳定性。

1 系统设计

汽车驾驶员酒驾检测系统由酒精检测单元、信号放大转换单元、信息处理单元、温度检测加热装置、报警装置组成，其中报警装置由电源继电器、警示灯和TBOX系统组成，如图1所示。该检测系统安装在汽车仪表板下方，离蓄电池比较近，工作单元也在主驾位置，这样不会增加太多的线束，利于减轻线束重量、节约成本。传感器安装在方向盘和驾驶员座椅上，用于采集驾驶员呼出气体的酒精浓度，加热装置和温度检测传感器和酒精传感器集成一块，酒精浓度传感器采集的数据通过模数转换器与单片机相连，单片机对采集的数据进行处理，经过逻辑处理之后判断驾驶员呼出气体的酒精浓度，控制报警装置和电源继电器动作，同时输出不同频率的PWM波形给到TBOX控制器，TBOX控制器进行4G远程通讯，TBOX发送驾驶员饮酒情况和驾驶车辆的地理位置给驾驶家人的手机APP，如果法规强制的话，还可以发送相关信息给到交通管理部门，使酒驾行为透明化，从根本上杜绝一切酒后驾驶行为，同时该方案的也具有成本较低的优点，对整车成本增加有限，不会让消费者付出太多的成本，利于该方案的推广。

2 酒驾检测系统电路设计

如图2所示，酒驾检测系统的电路有供电电路、温度采集电路、酒精浓度检测电路、信号放大电路、模数转换电路、信息处理器、报警电路等组成。

2.1 酒精检测单元

酒精检测单元由一组酒精传感器组成，本系统的酒精传感器采用氧化锡半导体，这类半导体具有气敏特性，假设氧化锡接触的空气中的酒精浓度增加的话，它对外呈现的电阻值就降低，氧化锡半导体还有一个特性是不同的温度下，酒精气体的气敏特性有一定的变化。因此为了使氧化锡半导体的灵敏度保持在较高水平，排除温度对检测灵敏性的影响，利用电阻丝对酒精传感器加热，为了进一步提高灵敏性，所述传感器有四个，采用并联方式。

2.2 信号转换单元

该模块的作用就是把酒精传感器采集的电信号转换成信号处理单元能够识别的数字信号，由于酒精传感器的信号比较弱所以需要增加一个放大电路，本系统采用OPA2277pa增益芯片进行信号的放大，该芯片具有工作电压范围宽，高增益比的特点。信号放大后在经过TLC2543芯片进行模数转换。TLC2543是德州仪器公司生产的12位开关电容型逐次逼近模数转换器，采集精度是12位，可以通过SPI和MCU通讯，通讯连接通过CS片选信号、CLOCK时钟、DATA INPUT串行数据输入端、DATA OUTPUT串行数据输出端。AIN0～AIN10是模拟输出采集端口，该芯片采样转换结束后，EOC会输出高电平。REF+和REF-是模数转换器的正负基准电压端，最大输入电压范围取决于两端电压差，本系统REF+接VCC，REF-接GND。

2.3 信息处理单元

本系统的核心处理器选择的是Atmel89C52，8位CPU；具有32个通用I/O口，片内振荡器，工作频率采用12MHz；外部寻址范围64K；5个中断源，具备两个中断优先级；全双工串口通讯。Atmel89C52的工作温度范围﹣40℃到﹢85℃，可以满足汽车应用环境的要求。Atmel89C52可以实时处理TLC2543转换过来的信号经过逻辑运算之后在控制报警单元的动作，程序采用时间片的处理方式，10ms运行一次。

2.4 报警单元

报警单元包括LED灯、电源继电器、PWM硬线输出组成。Atmel89C52计算的酒精浓度超标之后会通过点亮LED灯提醒驾驶员不能驾驶车辆，如果酒精浓度高到一定程序就通过控制电源继电器切换起动电路的供电，使车辆不能起动。PWM硬线输出可以和TBOX进行通讯，PWM硬线输出通过频率来表示不同的酒精浓度，参考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标准》，PWM占空比都是50%，频率如下表：

Atmel89C52控制I/O口输出PWM脉冲，TBOX控制器检测酒精浓度检测系统的输出，如果PWM频率高于5Hz就通过4G模组发送酒驾信号和位置信息给到驾驶员的家人手机APP或者交通管理部门的接收终端，起到定位和提醒功能，以便快速找到驾驶员，保障驾驶员的人身安全，也能避免酒后驾驶的处罚处理。

3 酒驾检测系统软件详细设计

该系统设计要实现的功能，需要在發动机起动前控制器就要进行工作，也就是在整车点火档位OFF档下工作，所以采用整车KL30供电，上电后系统初始化完成，酒精检测程序开始工作，程序工作流程如图3所示。

首先检测系统会采集酒精传感器的温度是否在最佳工作温度状态，最佳工作温度通过对酒精传感器采集灵敏度进行标定得到，然后把最佳温度输入到软件代码中，如果温度传感器采集的温度不在最佳工作温度，酒精浓度检测系统会控制电阻丝对酒精传感器进行加热，使传感器工作在最佳状态。由于酒精传感器工作时，不同浓度下的电信号表象差异比较小，不利控制器处理，所以酒精浓度检测系统会对酒精传感器采集的信号进行信号放大，之后在做模数转换传递给MCU，MCU对数字信号进行处理，得到酒精浓度在进行放大处理，然后根据表1中列出的评判标准进行判断，酒精浓

度达到报警等级2及以上时，MCU控制报警灯闪烁，提醒驾驶员不要进行酒后驾驶，同时控制PWM输出，给到TBOX控制器相应的PWM频率输入。报警等级大于4时，此时驾驶员的饮酒已经达到醉酒驾驶等级，MCU在控制报警灯闪烁的同时，也会控制继电器吸合，切断起动电路的供电，使车辆不能正常起动。TBOX可以根据酒精检测系统的输入PWM波形的频率进行判断，把相应的报警信号和地理位置传递给驾驶员家人或者交通管理部门。

4 结语

本文设计的基于单片机的汽车驾驶员酒驾检测系统采用了一种有效的低成本方案，即可实现对驾驶员饮酒情况的检测和处理，采用不同的报警等级提醒驾驶员，也可以通过和外接的TBOX控制器共同工作，把报警信息和地理信息传递给驾驶员的家人和有关部门，本文设计的系统可以从根本上杜绝酒后驾驶行为，减少道路交通事故率，有利于社会稳定和人民的幸福生活。

参考文献

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