基于Arduino的车辆防酒驾系统设计

常留学，黄志成

基于Arduino的车辆防酒驾系统设计

常留学，黄志成

（徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221140）

交通事故是国民生活关注的焦点，其中酒驾造成的交通事故更是重中之重。然而由于目前酒驾查处只能在关键路段进行，无法全方位覆盖。因此迫切需要研发一种车辆防酒驾系统，从根源上控制由于酒驾产生的交通事故。文章以防酒驾智能系统为研究对象，首先进行了控制方案的选择，并利用Fritzing软件进行了电路的搭建，然后借助Arduino软件进行驱动程序的编写和调试。最后对完成的设计进行了试验，证明了该系统的灵敏性和可靠性，有效预防酒驾、减少交通事故。

防酒驾；交通安全；Arduino

前言

由于汽车保有量的增加，交通事故也不断增加，而其中由于酒驾造成交通事故占有很大比例。但是由于目前各种因素，目前还没有一种能够从根本上防止酒驾的有效方法。基于此，文章提出在交通工具上安装防酒驾系统，降低酒驾事件发生。

1 课题意义

随着社会科技水平与生活水平的提高，人民安全意识的增强，伴随着智能化与汽车的普及，人们对出行的安全度越来越重视。因此，智能防酒驾系统具有非常广阔前景与市场。并且当今社会并没有车辆装有防酒驾系统，而且各个国家都是采用了检测呼吸中酒精浓度的方法，来检测司机体内酒精浓度。然而无法保证检测前酒驾人的交通行为。通过本设计，不仅帮助交通部门减少工作量，彻底杜绝酒驾违法行为，还提高了行人出行安全，保障了生命财产安全。

2 方案的确立

系统完成之前，首先要做的工作是对方案的确立，根据实际情况与系统的可行性对方案进行确定。通过比较选择如图1所示方案最适合本系统。

图1 方案一图解

3 系统硬件设计及电路搭建

本系统是基于单片机的防酒驾系统，以Arduino单片机和MQ-3酒精浓度传感器为核心，脉搏传感器为修正信号的实时监测系统。本套系统具有显示与报警功能，利用单片机对各传感器输出信号进行检测处理后，将结果呈现到显示装置上。本装置的单片机内录入的酒精浓度，可以根据法律的改变而进行更新保存，保证系统内容就有更新性。

3.1 硬件选择

经过比较筛选，本系统选用了arduino单片机（如图2），因为arduino单片机内部镶嵌着品质极高Flash程序存储器，对于所录入的程序可以便捷的擦除与程序的重新编写录入，并且支持ISP与AP的连接，由此更加便利本系统在前期的调研与开发，还便利于后期的更新。

图2 arduino单片机

在确定单片机后，需要再次对酒精传感器进行选择确定。经研究发现，MQ-3酒精传感器（如图3）非常符合系统要求。这种传感器属于半导体气体传感器，在正常使用的状态下，传感器的电压会随着所测量酒精浓度的增加而增加，并且还能把所测量的酒精浓度输出。此类传感器的使用寿命较长，灵敏度高，而且稳定性也很好，非常适合本装置。

图3 MQ-3酒精浓度传感器

本系统需要对心跳次数进行检测，在选用的脉搏传感器中，其模块直接兼容Arduino主控器，自带Gravity 3-Pin接口，即插即用，使用非常便利。传感器采用PPG光电容积脉搏波描记法，测量心率。这是一种低成本光学技术，通过检测皮下毛细血管内的血氧量变化量来检测对应的人体心率。本系统选用的传感器（如图4）拥有响应性快，性能稳定，适应性强等特点。

图4 脉搏传感器

3.2 控制系电路搭建

在进行硬件型号选择之后，有必要将所选择的硬件按照控制理念进行电路搭建，从而可以在实物连接之前发现问题。基于此，本文利用Fritzing软件进行了电路搭建，搭建结果如图5所示：

4 系统软件设计

本系统编程部分，采用了Arduino语言设计，传感器部分采用模块化设计，使得系统层次更加分明，功能更加强大，便于调试。系统如此编排便利了后期的功能扩充与更新，具有操作便利性。系统对MQ-3酒精传感器、脉搏传感器所测量的信号进行A/D转换，将测得的酒精浓度值与法律规定的酒驾体内酒精标准值进行比较，然后对体内的酒精浓度进行判断饮酒程度，并对于体内含有不同程度酒精的司机，进行不同等级的划分显示。

图6 信息采集转换系统

本项防酒驾系统中整体运行步骤如图6所示。首先MQ-3酒精传感器检测人体呼吸中酒精含量，然后将检测的信号，转换成不同电压的电信号输出到单片机中，接着通过A/D转换后与之前设定的酒驾标准进行比较，并且通过显示与报警系统来提醒驾驶人员。

5 实例运行

图7 各项指标超标

通过对硬件的选择与软件的编写，本装置基本完成。但是还需要对系统的运行进行调试。在通过调试以后系统可以正常运行。系统首先对酒精浓度进行检测，若检测结果正常则车辆正常启动。若检测结果超标，需对心跳进行检测。若心跳正常，车辆正常启动，若心跳值超过标准值（如图7），系统对车辆喷油泵电机进行控制，使汽车无法正常启动并且系统发出警报。

6 结语

本系统通过对车内酒精浓度进行检测，若浓度在正常范围内，则车辆可以正常启动。若检测酒精浓度高于标定值，下一步进行检测驾驶员脉搏数，若检测结果正常则车辆可以正常启动。但是若检测到的结果，驾驶员脉搏值高于标定值，系统将控制喷油泵电机断电，车辆依然不能够启动。系统在实际应用中可以灵敏的检测出驾驶员状态，并实现在超过标准值的情况下发出警报。在很大程度上减少了酒驾情况的发生，最大程度降低了酒驾事故的发生。

[1] AMeier,MMotani,SHu.DiMo:distributed node monitoring in wireless sensor networks[J].International Symposium on Modeling Analysis. 2008（02）:117-121.

[2] N Egels,KLindberg,P Hyllman.Belief revision on modal accessibility relation[J].International Symposium on Modeling .2015,(04):5-13.

[3] 陈明荧.8051单片机课程设计实训教材[M].北京:清华大学出版社,2013.

[4] 赵杨,查启秋,宋少帅,宗容,王威廉.基于Arduino的ECG心电信号采集系统设计[J].云南大学学报(自然科学版),2017(04):554-558.

[5] 吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京:清华大学社版社,2016.

[6] 冯博琴.微型计算机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社, 2011.

[7] 张毅刚.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2014.

Desin of anti alcohol driving system based on Arduino

Chang Liuxue, Huang Zhicheng

( School of Mechatronic Engineering, Xuzhou College of Industrial Technology, Jiangsu Xuzhou 221140 )

Traffic accidents are the focus of people's life, especially those caused by drunk driving. However, at present, drunk driving investigation and punishment can only be carried out in key sections, and can not be covered in all directions. Therefore, there is an urgent need to develop a vehicle anti-alcohol driving system to control traffic accidents caused by drunk driving from the root. Taking the intelligent system of anti-drunk driving as the research object, this paper firstly chooses the control scheme, builds the circuit with Fritzing software, and then compiles and debugs the driver program with Arduino software. Finally, the test of the completed design proves the sensitivity and reliability of the system, which can effectively prevent drunk driving and reduce traffic accidents.

Anti- alcohol driving system; Traffic safety; Arduino

TK464

B

1671-7988(2019)24-130-03

TK464

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1671-7988(2019)24-130-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.042

常留学（1981-），讲师，研究生，汽车检测专业带头人，就职于徐州工业职业技术学院，主要研究方向：车辆故障检测。