基于STM32的智能防酒驾控制系统

朱宵月 王子冲 刘洪伟 陆宏迎 程皓阳

1、河北农业大学信息科学与技术学院2、河北农业大学现代科技学院

引言

随着国家经济的迅猛发展，汽车越来越普及，但随着汽车的普及，酒后驾驶问题也愈来愈突出。人体在酒后意识模糊、操作及反应能力下降，再加上在酒精刺激下往往盲目自信，很容易不听劝阻执意醉酒驾驶，若坚持驾驶机动车很容易发生严重的车祸，不仅对自己造成巨大的伤害，也加剧了发生交通安全事故的概率，加大了所有交通参与者的安全风险。据公安部统计，每年全国因酒驾导致的道路交通事故约12015起， 造成4679人死亡，7336人受伤，触目惊心的数字警告我们应严格禁止酒后驾驶,但仅靠个人自觉性远远不够，因此，设计一款基于STM32微控制器内核的智能控制情况检测驾驶人是否饮酒来控制车辆能否启动，从而从根源上避免酒后驾驶是相当有必要的。

1 总体设计方案

基于STM32的智能防酒驾安全系统如图1，本系统检测到汽车点火时启动监控模式，采用短距离通信和无接触信息传输方式，酒精浓度传感器与人体红外线传感器收集的数据会被上传给STM32单片机进行采集数据的检测处理，若检测结果为驾驶人员未酒驾，则允许驾驶人员启动汽车[1]、正常行驶，若检测结果为驾驶人员酒驾，则启动汽车控制装置，强行将汽车熄火，保证驾驶人员在满足酒驾条件时无法启动汽车，启动汽车控制模块使汽车电路开启或关断，禁止汽车被启动，从而实现从根源上杜绝酒驾的功能。

图1系统各模块示意图

2 设计思路

2.1 设计思路

（1）驾驶人员进入汽车后，用钥匙启动汽车电路时，会同时唤醒该系统进入工作模式。

（2）MQ-3乙醇气体传感器采集酒精浓度信息，通过放大滤波，将信号放大并由滤波器进行噪声滤除后将信号送入A/D转换器中，此时信号被转换为易于传输、处理的电压信号，并将该电压信号传输至STM32单片机中，如图2所示：

图2MQ-3乙醇气体传感器信息处理

（3）上一步得到的电压信号传入STM32单片机中与提前设定好的阈值进行对比判断，若判断结果为酒精含量未超过提前设定好的阈值，则允许汽车正常启动。若判断结果为酒精含量超过提前设定好的阈值，则进一步判断红外传感器的数据[2]。

（4）热释电人体红外线传感器采集驾驶人员的人体温度信息，通过放大滤波，将信号放大并由滤波器进行噪声滤除后将信号送入A/D转换器中，此时信号被转换为易于传输、处理的电压信号，并将其传输至STM32单片机中，如图3所示：

图3热释电人体红外传感器信息处理

（5）上一步得到的电压信号传入STM32单片机中与提前设定好的阈值进行比对判断 ，若判断结果为人体温度未超过提前设定好的阈值，则说明车内虽有酒精含量超标人员，但该人员并非驾驶座上的人员，系统允许汽车正常启动。若判断结果为人体温度超过提前设定好的阈值 ，则说明车内酒精含量超标人员为驾驶座上的驾驶人员，此时自动提醒装置启动。

（6）自动提醒装置会通过语音播报提醒驾驶人员体内酒精浓度含量超标，不被允许驾驶汽车。之后检测驾驶人员是否在语音提醒过后将油门关闭 ，若检测到油门已关闭，说明醉酒的驾驶人员放弃了酒驾，解除安全警报状态，回到初始状态等待汽车下一次启动。若检测到驾驶人员不顾警告，不关闭油门、执意行驶，则启动汽车控制装置 ，强行将汽车熄火 ，保证驾驶人员在满足酒驾条件时无法启动汽车。

2.2 系统工作流程

系统工作流程：汽车点火后会触发酒精传感器采集信息，并将采集到的信息上报至STM32单片机中，单片机接收到酒精传感器传来的数据并进行分析比对，与系统提前设定好的阈值进行比较判断，若酒精含量未超过提前设定好的阈值，则允许汽车正常启动，若酒精含量超过提前设定好的阈值，会进一步触发人体热释电红外传感器采集信息 ， 并将采集到的信息上报至STM32单片机中，单片机接收到人体热释电红外传感器传来的数据并进行分析比对，与系统提前设定好的阈值进行比较判断，若判断结果为温度没有发生异常，则说明醉酒人员不是驾驶座上的驾驶人员，系统允许汽车正常启动 ，若检测到温度异常，则证明醉酒人员即驾驶座上的驾驶人员，系统触发自动提醒装置，单片机向语音报警模块发送控制信息，语音报警模块发出警报，提醒驾驶人员处于醉酒状态，不宜驾驶机动车辆，请立即关闭油门，若系统检测到汽车油门关闭，则返回初始状态等待汽车下一次启动，若检测到油门未关闭，即驾驶人员执意醉酒驾驶，车控装置启动，强行锁车并将汽车熄火 ，保证驾驶人员的出行安全。系统流程图如图4：

图4系统流程图

3 硬件设计

STM32F1单片机为该系统的主控芯片，基于STM32微控制器内核的智能防酒驾控制系统主要组成为MQ-3酒精浓度传感器模块、人体红外线传感器模块、语音播报模块、汽车控制模块[3]、各传感器检测信号状态监测模块。

3.1 MQ-3乙醇气体传感器

酒精传感器可采集空气并分析空气中的酒精含量，在众多酒精传感器中，MQ-3乙醇气体传感器在实验条件下表现出良好的特性，故选用MQ-3乙醇气体传感器采集酒精浓度信息，通过放大滤波，将信号放大并由滤波器进行噪声滤除后送入A/D转换器中，此时信号被转换为易于传输、处理的电压信号，并将其传输至STM32单片机中。得到的电压信号传入STM32单片机中与提前设定好的阈值进行对比判断，若判断结果为酒精含量未超过提前设定好的阈值，则允许汽车正常启动。若判断结果为酒精含量超过提前设定好的阈值，则进一步判断红外传感器的数据。

3.2 热释电人体红外线传感器

当人体发射的红外线照射到红外线传感器上，由于热电效应释放电荷到外部 ，它可以被电路检测和处理，以产生发射信号到微控制器，单片机根据采集到的驾驶座上人员的人体温度信息，通过放大滤波，将信号放大并由滤波器进行噪声滤除后送入A/D转换器中，此时信号被转换为易于传输、处理的电压信号，并将其传输至STM32单片机中，上一步得到的电压信号传入STM32单片机中与提前设定好的阈值进行比对判断，若判断结果为人体温度未超过提前设定好的阈值 ，则说明车内虽有酒精含量超标人员，但该人员并非驾驶座上的人员，允许汽车正常启动[4]。若判断结果为人体温度超过提前设定好的阈值，则说明车内酒精含量超标人员为驾驶座上的驾驶人员，此时自动提醒装置启动。

3.3 语音播报模块

检测到车内酒精含量超标人员为驾驶座上的驾驶人员时单片机向Sk-sk15发送控制指令，Sk-sk15启动进行语音播报，提醒驾驶人员处于醉酒状态，不宜驾驶机动车辆，酒后请勿驾驶机动车辆，请立即关闭油门[5]，否则系统将启动车控装置。

3.4 汽车控制模块

若在语音播报后检测到驾驶员仍未熄灭油门则启动汽车控制模块，系统自动控制汽车开关电路 ，强行熄灭汽车油门，保证酒后人员无法启动汽车。

3.5 各传感器检测信号状态监测模块

系统在工作过程中， 全程启动各传感器检测信号状态监测模块 ，且该模块安放位置不易被摧毁 ，考虑到车辆被盗取后传感器被故意损坏或有些驾驶人员在醉酒并受到系统阻止其驾驶机动车后 ，会产生损毁传感器的行为从而达到顺利启动车辆的目的。在检测到传感器发生故障后，系统会向车主手机发送故障信息提醒车主及时维修，此外， 车辆会强制进入车控装置启动状态 ，禁止车辆启动 ，进一步提高系统的可靠性与安全性 ，极大程度的保障了行车安全、降低了因酒驾发生交通安全事故的概率。

4 结语

本智能防酒驾安全控制系统能够在车辆开启后先检测车内酒精浓度含量，醉酒人员体温会高于正常值，为避免误判，会在检测到车内酒精浓度增高后继续检测驾驶人员的人体温度，若温度异常则判断为醉酒人员即为驾驶人员，系统会自动语音播报，在播报后若驾驶人员仍不熄灭油门则系统强制熄灭锁车，有效保障了驾驶人员是未醉酒人员，预防并制止酒驾行为的发生。