基于物联网的酒驾预检测系统

陈 坤 张智超1， 罗 旭1， 王金瑞

（1.吉林建筑大学事故预防科学研究院，吉林 长春130000；2.吉林建筑大学，吉林 长春130000）

0 引言

随着我国经济的快速增长和国民生活水平的不断提高，汽车已经成为日常生活中不可或缺的工具。截至2018年6月底，全国机动车保有量达3.19亿辆，酒后驾车、疲劳驾驶等现象随着私家车数量的增多也呈现出不断上涨的趋势。仅在2018年，全国发生的24.5万起交通事故中，因醉驾、酒驾所导致的事故占55%。酒后驾车、疲劳驾驶、高速驾现是如今导致我国交通事故高发的三大元素[1]。

酒驾检测一般分为：呼气检测、唾液检测、尿液检测、血液检测。这几种检测方法能快速准确地判断驾驶员当前的生理状况。现阶段的酒驾检测方式几乎都是在车辆行进过程中叫停汽车并通过呼气式酒精检测仪的方式来实现酒驾检测，这种检测方式有覆盖面不广和随机性较大等缺陷，没有从源头入手，不能有效降低酒驾、醉驾等行为的发生概率。如何快速地、高效地、全面地对驾驶员进行酒驾检测，将醉驾酒驾行为阻止在汽车发动之前，这是当前交通安全领域亟待解决的问题。

1 物联网

在20世纪末，由MIT Auto-ID的Ashton教授提出物联网技术的概念，在传统互联网的基础上，形成“物与物之间的网络”，实现物与物之间的信息通信与传输[2]。随着计算机技术和通信技术的不断提升与发展，物联网技术也广泛应用于日常生活中的各个领域，物联网也是国家“十二五”规划的重点之一。物联网在体系结构上分为三个层次：感知层、网络层和应用层[3-6]。感知层主要负责数据的获取，实现对物理、化学等变化参数的识别和信息处理。网络层主要负责数据的传输与通信，是感知层与应用层的桥梁。应用层将获取的底层数据进行分析、处理，实现物联网在不同领域的各种应用[7]。

2 酒驾预检测系统的设计

2.1 系统总体架构

感知层设置了指纹识别模块、酒精检测模块、ZigBee模块和数据采集模块等。指纹识别模块用于确认当前操作者为驾驶员本人，防止“代检”现象的发生。酒精检测模块位于集成在装置上的呼气式酒精检测仪，用于判断驾驶员当前酒驾状况。数据采集模块将传感器收集到的模拟量转为AD值，通过网关节点将数据传输至App端显示并等待下一步操作。

网络层利用GPRS网络进行数据传输。网络层的网关节点包括控制模块和Link节点。控制模块负责利用无线通信模块连接服务器进行双向通信；Link节点连接无线网络进行双向通讯。

应用层利用TCP协议作为通信手段，通信软件与网关节点之间相互通信。

2.2 系统硬件

系统主要硬件包括STM32单片机、AS608指纹识别模块、TGS822酒精检测模块、ZigBee通信模块[8]、供电模块等。系统硬件框架图见图1。系统开始工作后，指纹识别模块负责获取驾驶人的指纹信息用于判断身份，酒精检测模块负责判断驾驶人员的酒驾情况，一旦发现呼气酒精含量高于预设阈值，将通过声光报警模块对驾驶人员发出警报。

图1 系统硬件框图

2.3 系统主要子程序

软件部分采用自上而下的模块化程序设计，在检测流程中，首先确认驾驶人的身份信息，然后进行呼气酒精检测，两项检测通过后系统解锁电磁铁制动踏板以供驾驶员正常行驶。否则单片机将通过AT指令驱动ZigBee模块将当前违法数据信息传输至手机App端进行联网通报与惩处。系统主要子程序见图2。

图2 系统主要子程序

2.4 电磁体制动踏板

电磁铁制动踏板改装于原汽车制动踏板，通过电磁铁将制动踏板吸附在汽车地板的金属凹槽中。当未通过身份核验和酒驾检测时，制动踏板处于吸附状态，汽车无法正常使用；当通过身份识别、酒精检测两项检测后，单片机发出指令断开电磁铁的供电，使制动踏板弹出并可正常使用。这种带有限制行为的设定可以更好地规范驾驶员的行为，使其在没有通过酒精检测时无法正常用车。电磁铁制动踏板见图3。

图3 电磁铁制动踏板

2.5 疲劳驾驶预警功能

系统设置了疲劳驾驶预警功能，与配套的App互动。依据《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》中的相关规定，如驾驶员连续驾车4小时而未停车休息属于疲劳驾驶的范畴。系统从电磁铁制动踏板解锁后开始计时，如驾驶员连续驾车4小时未停车休息，系统通过手机麦克风对驾驶员进行语音提示，若连续三次提醒还未停车休息，系统会将当前违法信息联网传输至交警管理部门按照相关法律法规进行下一步的处罚，子程序见图4。

图4 疲劳驾驶预警子程序

2.6 系统运行流程

（1）一车一机，首次使用时，驾驶员应录入其指纹信息，系统将信息存储至云端服务器。

（2）启动电源，等待系统初始化。

（3）指纹检测确认驾驶员身份。

（4）呼气酒精检测判断驾驶员酒驾情况。

（5）通过检测后，系统将放开锁死的电磁铁制动踏板，可正常行车，否则将当前违法信息发送至交通管理部门进行远程联网处罚。

（6）系统在电磁铁制动踏板解锁后开始计时，当系统检测到驾驶员连续驾车超过4小时时，将发出语音提醒驾驶员休息。三次提醒过后系统会将当前违法信息上报。

3 结语

针对现阶段酒驾检测方式存在的检测范围覆盖不广、检测随机性过高等缺陷，设计了一种禁止酒驾的预先检测系统。不同于传统检测手段，本系统在驾驶员行车之前通过指纹识别模块确认其身份，防止“代检”现象的发生，随后进行呼气式酒精测试判断驾驶员酒驾状况。通过两项检测后，系统将放开电磁铁制动踏板的控制权限，驾驶员能够正常进行行车操作。系统还设定有疲劳驾驶预警功能，根据国家相关法律法规，在驾驶员连续驾驶超过4小时时发出警报。

通过这种带有限制驾驶员行为和对违法行为进行联网惩处的酒驾检测方式，能够将酒驾、醉驾行为阻止在汽车发动之前，解决现阶段酒驾检测方面的不足与缺陷，最大限度地从根源上减少酒驾、醉驾等情况的发生。