基于STM32集成于方向盘的酒精检测系统

张茜　朱庆宇　郑铸

摘要：针对酒驾这一现象，本团队设计出一套酒精检测系统，本系统的功能是通过镶嵌在方向盘的不同位置的酒精传感器进行数据采集并由STM32进行数据分析，当驾驶员酒精含量超标时，本方向盘可以实现锁定功能并且发送位置信息给驾驶员的家人，达到从根源上解决酒驾事故的目的。本次设计的亮点在于本系统集成于方向盘内部。

关键词：交通事故 酒精检测 GPS 方向盘

前言

随着经济的发展、时代的变迁，居民生活水平逐步上升，私家车的数量逐年增多，但交通事故也在逐渐增加，而引起交通事故的主要原因之一便是“酒驾”。据调查，大约50%60%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被世界卫生组织列为车祸致死的首要原因。针对这一现象，本设计应运而生。

1概述

本系统可分为七大模块，分别是核心控制模块，酒精检测模块，GPS定位模块，定位信息发送模块，电源模块，语音模块（用于语音播放酒精含量是否超标，取代以往的液晶显示屏），锁定模块。产品的结构图如图I-I所示。

为提高数据采集的精确度，本系统使用多个酒精传感器，分别排布在方向盘的上下左右四个位置，成正交关系，采集的最终数据由STM32芯片进行数据分析。

当驾驶员启动车辆的打火装置后，本系统开始工作，由于酒精传感器需要一定的预热时间，本系统在启动后首先进行一分钟的延迟，之后对驾驶员进行酒精检测，如果驾驶员的酒精含量达标，本系统将播放“您的酒精含量达标，可以驾驶”，否则，本系统播放“您的酒精含量超标，禁止驾驶”，并且启动锁定模块，向车辆的锁定系统发送一个锁定信号请求锁定方向盘，车辆将方向盘锁定后即可达到禁止驾驶员驾驶的目的，于此同时本系统具有定位功能，可以对车辆进行定位并向其关联人员发送经纬度定位信息，被关联人员可通过高德地图等查询经纬度信息所对应的具体位置。流程图如图1-2所示。

2微小系统概述

器件清单：STM32芯片，MQ3酒精传感器，JQ8900-16P语音芯片，SIM800A芯片，NE06M芯片，以及基本元器件。

2.1 STM32核心板

本次设计使用的STM32芯片主要构成本系统的核心控制部分，同时进行数据处理。本系统的核心控制部分主要控制各部分协调工作，包括收集酒精传感器采集到的数据并进行数据分析和处理，根据设定的阈值判断酒精含量是否超标，若超标，本系统的核心控制部分将分别向语音模块，GPS定位模块和信息发送模块发送信号，驱动各部分各司其职。这一功能的实现利用了STM32芯片的多串口的特点。STM32芯片通过不同的串口向不同模块发送信号，各个部分不会发生冲突，这使得本系统更具稳定性。

2.2酒精检测模块

酒精检测模块是一个微小的酒精检测系统，核心器件是MQ3传感器，MQ3酒精传感器的酒精测量范围是0.01%0‰1%o，符合本次设计的要求。为提高酒精检测的精度，本系统采用4个酒精传感器，分别分布在方向盘的最上端，最下端，最左端，最右端，4个MQ3酒精传感器采集到的信号分别通过STM32的不同引脚传输至核心控制模块，本系统的核心部分将这些数据进行A/D转换以及分析处理得到最终数据，通过与阀值的比较判断出驾驶员的酒精含量是否超标。

饮酒驾车标准是血液酒精含量（BAC）在20mg/lOOml-80mg/lOOml之间（呼气酒精含量（BrAC）在0.0909mg/LO.3636mg/L）;醉酒驾车标准是血液酒精含量>=80mg/lOOml（呼氣酒精含量>=0.3636mg/L）。

由于酒精传感器受温度限制，测量结果可能不准确，因此本系统采用比国家标准更高的标准当酒精含量超过15mg/lOOml即为超标。计算公式BAC（in mg/L）=BrAC（in mg/L）x 2200。

2.3语音模块

本系统的语音播报部分使用了JQ8900-16P芯片，并且外置有7个I/O口，这7个I/O口采用3x4矩阵排列，最多可以播放19段语音。语音播报部分主要用于播放驾驶员的酒精含量是否超标，若超标则可以达到提醒的作用。

2.4 GPS定位模块与GSM模块的设计

本系统选择NE06M GPS模块对位置信息进行获取。

本系统选择SIM800A模块实现对系统的远程短信信息交互。SIM800A是一款两频GSM/GPRS模块，为SMT封装，工作频率为GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。

3关于产品的推广以及对未来的展望

本系统成本低，易于实现，集成度高，功能强大。本系统最大的优势是集成于方向盘，并且具有锁定功能。

在21世纪，“共享”逐渐引领了潮流，在不久的将来，共享汽车在国内也会随处可见为保证共享汽车的寿命酒精检测系统必不可少，本系统集成于方向盘，不仅可以节约成本，同时也为共享汽车的使用增添了安全保险同时国内有酒驾前科的公民的私家车若装有本系统，在监督他们的同时也可减少他们亲人的担心。

道路交通安全法中对酒后驾车作出严格的处罚规定：第九十一条

—饮酒后驾驶机动车的，处暂扣六个月机动车驾驶证，并处一千元以上二干元以下罚款。因饮酒后驾驶机动车被处罚，再次饮酒后驾驶机动车的，处十日以下拘留，并处一千元以上二干元以下罚款，吊销机动车驾驶证。醉酒驾驶机动车的，由公安机关交通管理部门约束至酒醒，吊销机动车驾驶证，依法追究刑事责任;五年内不得重新取得机动车驾驶证。

由此，本团队对集成于方向盘的酒精检测系统做出美好畅想，未来几年，国家有可能制定出相关的法律法规强制安装这一系统到那时，国内因酒驾引起的交通事故的发生率一定会大大降低。

参考资料

[1]《中华人民共和国道路交通安全法（2011修正）》，全国人大常委会，2017-01-13