车载即时测健康防酒驾智能检测器的设计

马圣乾，王龄辉，曾凡宗

(泰山学院物理与电子工程学院，山东 泰安 271021)

1 引言

近年，随着经济的快速发展，汽车逐渐走进千家万户.但随之而来的醉酒驾驶成为困扰人们心头的一个大问题，每天都有车祸在发生，使人们生命安全和财产受到极大威胁，并因此造成巨大浪费和无可挽回的巨大损失，而很多的车祸又是由于醉酒驾驶引起的，醉酒驾驶会引起:(1)触觉能力降低.饮酒后驾车，由于酒精的麻醉作用，人的手、脚的触觉较平时降低，往往无法正常控制油门、刹车及方向盘.(2)判断能力和操作能力降低.饮酒后，对光、声刺激反应时间延长，本能反射动作的时间也相应延长，感觉器官和运动器官，如眼、手、脚之间的配合功能发生障碍.因此，无法正确判断距离、速度.(3)视觉障碍.饮酒后可使视力暂时受损，视像不稳，辨色能力下降，因此不能发现和正确领会交通信号、标志和标线.同时饮酒后视野大大减小，视像模糊，眼睛只盯着前方目标，对处于视野边缘的危险隐患难以发现，易发生事故.(4)心理变态.在酒精的刺激下，人有时会过高地估计自己，对周围人的劝告常不予理睬，往往干出一些力不从心的事.(5)疲劳.饮酒后易困倦，表现为行驶不规律，空间视觉差等疲劳驾驶的行为.

目前，对酒驾的检测和判断，只是停留在交警用酒精检测仪通过哈气的方式，这种检测比较费时费力，有时还不是十分准确，要有很可靠的判断需要到医院抽血化验等，需要时间比较长，况且并不是每个交警都能够把每一位喝酒驾驶的驾驶员都能查到，有很大的局限性.鉴于这种状况，我们通过查读文献，设计防酒驾智能检测器.首先，它安装在驾驶室内部，有很强的针对性和可靠性;其次，是能够通过检测驾驶室内的酒精浓度和对驾驶员心率变化等因素综合检测;最后，可以时时处处实现对驾驶员状态的监控，并作出即时处理.当然也可以对有心脏病或者年龄比较大的驾驶员的健康进行监控.

2 系统的构成

系统组成由正负12V稳压电源，酒精传感器，A/D转换器，单片机，电源锁闭电路，方向盘式心率计等组成，本设计包括了由LM7812，KA7912，LM7805芯片组成的稳压电源，由ADC0809和89C51或89C52芯片控制的酒精浓度感应和心率计;稳压电源部分主要是为了提供一个稳定的能提供+12V，－12V，+5V的直流电压源.酒精感应部分主要采用了气敏传感技术，通过功率放大，完成对酒精浓度测试的功能.在气敏传感器感应到了酒精浓度超标时，将电信号转变成音频信号输出，心率指标信号输出与阈值比较超标时，用继电器锁闭汽车的点火系统.它们之间的关系如图1所示.

图1 系统构成图

系统所用AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS－51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元［5］.其主要特性为:与MCS－51兼容，4K字节可编程闪烁存储器，寿命为1000写/擦循环，数据可保留10年时间，全静态工作0Hz－24MHz，三级程序存储器锁定，128×8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路.系统内的酒精传感器选择的型号为TP－3，它是呼出酒精测试仪，该敏感元件由纳米级SnO2及适当掺杂混合剂烧结而成，具微珠式结构，应用电路简单，可将电阻变化改变为一个输出信号，与酒精浓度相对应.TP－3型传感器对空气中的低浓度酒精有极高的灵敏度.采用微处理程序及专门软件来处理传感器的控制信号.其特点有快速响应(≤5S)恢复(≤10S);优异的稳定性/长寿命;功耗低(≤360mW)、微型化设计温湿度影响小等(参看表1).还选择了美国Dallas半导体公司的数字温度传感器DS18B20.它是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板(ON－BOARD)专利技术.全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内.一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念.温度范围－55℃～+125℃，在－10～+85℃时精度为±0.5℃，可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温.

表1 TP－3传感器的特点

3 系统的设计

针对在系统设计和制作过程中遇到的问题，通过集思广益，使测量更加实用、准确，从众多的设计方案中对下列几种方案形成共识，并在实际中得以充实完善，首先设计出了酒精检测器的电路(如图2)，在细节上考虑得更加贴近实际，测量更加准确，系统运行更加成熟，特别遴选出以下几种设计思路.

图2 酒精检测器原理图

设计思路一:由于汽车空间较大，喝酒人进入驾驶室后，其酒精分子弥漫整个空间，给测量带来了困难.针对这种情况，设计的思路是在驾驶室内进行多点测量，即在驾驶室内部装设多处测量点，然后根据测得的结果进行比较，通过比较可以确定酒精分子浓度高的位置是否是驾驶员的位置，如果是马上切断电源，关闭汽车的启动装置，让汽车无法行驶.

设计思路二:针对设计思路一必须多点测量和检测，需要对这些信息对比分析，主要用来区分是否是驾驶员位置的酒精浓度高，显然误差较大，要求设备的灵敏度要高，随着时间的延长，酒精在扩散，而车内探头的增多，使该检测器的成本增加，同时影响车的美容，我们的思路是在驾驶员位置安装一个自动的封闭系统，只要打开车门，该系统将驾驶室完全罩起，即使坐车的人喝了酒，也不会影响到驾驶室内部的酒精浓度，使测量更准确，动作更可靠.待搜集完数据后，根据数据的情况，由单片机发出指令，关闭自动封闭系统，打开汽车的点火系统［1－4］;如果收集的数据不合理，则关闭汽车的点火系统(如图3).

图3 系统检测图

设计思路三:结合上面两种思路，刚上车采用思路二进行检测，能够确保第一时间对驾驶员进行检测，根据具体情况依据图2进行判断，把酒驾消除在萌芽状态，在行驶途中采用思路一不定时随机检测，如果发现异常，能够在第一时间将车辆通过报警声音提示司机把车靠在路边，几分钟后自动关闭系统工作，将车锁定，这样把存在的弊端就在无形中消除.既能防止测量的不准确，又能杜绝半路换司机的情况出现，对酒驾能够起到控制和消除的作用，让酒驾不再发生.

4 总结

对于酒驾查处，虽然力度、频度都比较大，也使酒驾迅速减少，但是交警通常采用在路边“守株待兔”的方式，这种方式比较辛苦，况且有的车辆不经过检查地点，就逃脱了检查和处罚.设计检测器使监测变的方便，并且让醉酒的驾驶员不能发动汽车，从而减少了醉酒驾驶的可能性，同时大大减少了交通事故的发生，较好地保护了人民的生命和财产安全.

［1］陈新亚.汽车为什么会“跑”，图解汽车结构与原理［M］.北京:机械工业出版社，2009.

［2］吴基安.汽车电气电子工程师手册［M］.黑龙江:黑龙江科学技术出版社，2005.

［3］王囤.现代汽车点火系统——电子点火与微机控制点火［M］.西安:西安交通大学出版社，1997.

［4］麻友良.汽车点火系统原理与故障检修实例［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［5］赵佩华.单片机接口技术及应用［M］.北京:机械工业出版社，2003.