車載即時(shí)測(cè)健康防酒駕智能檢測(cè)器的設(shè)計(jì)

馬圣乾，王齡輝，曾凡宗

(泰山學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，山東 泰安 271021)

1 引言

近年，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車逐漸走進(jìn)千家萬戶.但隨之而來的醉酒駕駛成為困擾人們心頭的一個(gè)大問題，每天都有車禍在發(fā)生，使人們生命安全和財(cái)產(chǎn)受到極大威脅，并因此造成巨大浪費(fèi)和無可挽回的巨大損失，而很多的車禍又是由于醉酒駕駛引起的，醉酒駕駛會(huì)引起:(1)觸覺能力降低.飲酒后駕車，由于酒精的麻醉作用，人的手、腳的觸覺較平時(shí)降低，往往無法正常控制油門、剎車及方向盤.(2)判斷能力和操作能力降低.飲酒后，對(duì)光、聲刺激反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，本能反射動(dòng)作的時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)，感覺器官和運(yùn)動(dòng)器官，如眼、手、腳之間的配合功能發(fā)生障礙.因此，無法正確判斷距離、速度.(3)視覺障礙.飲酒后可使視力暫時(shí)受損，視像不穩(wěn)，辨色能力下降，因此不能發(fā)現(xiàn)和正確領(lǐng)會(huì)交通信號(hào)、標(biāo)志和標(biāo)線.同時(shí)飲酒后視野大大減小，視像模糊，眼睛只盯著前方目標(biāo)，對(duì)處于視野邊緣的危險(xiǎn)隱患難以發(fā)現(xiàn)，易發(fā)生事故.(4)心理變態(tài).在酒精的刺激下，人有時(shí)會(huì)過高地估計(jì)自己，對(duì)周圍人的勸告常不予理睬，往往干出一些力不從心的事.(5)疲勞.飲酒后易困倦，表現(xiàn)為行駛不規(guī)律，空間視覺差等疲勞駕駛的行為.

目前，對(duì)酒駕的檢測(cè)和判斷，只是停留在交警用酒精檢測(cè)儀通過哈氣的方式，這種檢測(cè)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有時(shí)還不是十分準(zhǔn)確，要有很可靠的判斷需要到醫(yī)院抽血化驗(yàn)等，需要時(shí)間比較長(zhǎng)，況且并不是每個(gè)交警都能夠把每一位喝酒駕駛的駕駛員都能查到，有很大的局限性.鑒于這種狀況，我們通過查讀文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)防酒駕智能檢測(cè)器.首先，它安裝在駕駛室內(nèi)部，有很強(qiáng)的針對(duì)性和可靠性;其次，是能夠通過檢測(cè)駕駛室內(nèi)的酒精濃度和對(duì)駕駛員心率變化等因素綜合檢測(cè);最后，可以時(shí)時(shí)處處實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員狀態(tài)的監(jiān)控，并作出即時(shí)處理.當(dāng)然也可以對(duì)有心臟病或者年齡比較大的駕駛員的健康進(jìn)行監(jiān)控.

2 系統(tǒng)的構(gòu)成

系統(tǒng)組成由正負(fù)12V穩(wěn)壓電源，酒精傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，電源鎖閉電路，方向盤式心率計(jì)等組成，本設(shè)計(jì)包括了由LM7812，KA7912，LM7805芯片組成的穩(wěn)壓電源，由ADC0809和89C51或89C52芯片控制的酒精濃度感應(yīng)和心率計(jì);穩(wěn)壓電源部分主要是為了提供一個(gè)穩(wěn)定的能提供+12V，－12V，+5V的直流電壓源.酒精感應(yīng)部分主要采用了氣敏傳感技術(shù)，通過功率放大，完成對(duì)酒精濃度測(cè)試的功能.在氣敏傳感器感應(yīng)到了酒精濃度超標(biāo)時(shí)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成音頻信號(hào)輸出，心率指標(biāo)信號(hào)輸出與閾值比較超標(biāo)時(shí)，用繼電器鎖閉汽車的點(diǎn)火系統(tǒng).它們之間的關(guān)系如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

系統(tǒng)所用AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS－51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元［5］.其主要特性為:與MCS－51兼容，4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命為1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可保留10年時(shí)間，全靜態(tài)工作0Hz－24MHz，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定，128×8位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路.系統(tǒng)內(nèi)的酒精傳感器選擇的型號(hào)為TP－3，它是呼出酒精測(cè)試儀，該敏感元件由納米級(jí)SnO2及適當(dāng)摻雜混合劑燒結(jié)而成，具微珠式結(jié)構(gòu)，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，可將電阻變化改變?yōu)橐粋€(gè)輸出信號(hào)，與酒精濃度相對(duì)應(yīng).TP－3型傳感器對(duì)空氣中的低濃度酒精有極高的靈敏度.采用微處理程序及專門軟件來處理傳感器的控制信號(hào).其特點(diǎn)有快速響應(yīng)(≤5S)恢復(fù)(≤10S);優(yōu)異的穩(wěn)定性/長(zhǎng)壽命;功耗低(≤360mW)、微型化設(shè)計(jì)溫濕度影響小等(參看表1).還選擇了美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20.它是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板(ON－BOARD)專利技術(shù).全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi).一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念.溫度范圍－55℃～+125℃，在－10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃，可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫.

表1 TP－3傳感器的特點(diǎn)

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

針對(duì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制作過程中遇到的問題，通過集思廣益，使測(cè)量更加實(shí)用、準(zhǔn)確，從眾多的設(shè)計(jì)方案中對(duì)下列幾種方案形成共識(shí)，并在實(shí)際中得以充實(shí)完善，首先設(shè)計(jì)出了酒精檢測(cè)器的電路(如圖2)，在細(xì)節(jié)上考慮得更加貼近實(shí)際，測(cè)量更加準(zhǔn)確，系統(tǒng)運(yùn)行更加成熟，特別遴選出以下幾種設(shè)計(jì)思路.

圖2 酒精檢測(cè)器原理圖

設(shè)計(jì)思路一:由于汽車空間較大，喝酒人進(jìn)入駕駛室后，其酒精分子彌漫整個(gè)空間，給測(cè)量帶來了困難.針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)的思路是在駕駛室內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，即在駕駛室內(nèi)部裝設(shè)多處測(cè)量點(diǎn)，然后根據(jù)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較，通過比較可以確定酒精分子濃度高的位置是否是駕駛員的位置，如果是馬上切斷電源，關(guān)閉汽車的啟動(dòng)裝置，讓汽車無法行駛.

設(shè)計(jì)思路二:針對(duì)設(shè)計(jì)思路一必須多點(diǎn)測(cè)量和檢測(cè)，需要對(duì)這些信息對(duì)比分析，主要用來區(qū)分是否是駕駛員位置的酒精濃度高，顯然誤差較大，要求設(shè)備的靈敏度要高，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，酒精在擴(kuò)散，而車內(nèi)探頭的增多，使該檢測(cè)器的成本增加，同時(shí)影響車的美容，我們的思路是在駕駛員位置安裝一個(gè)自動(dòng)的封閉系統(tǒng)，只要打開車門，該系統(tǒng)將駕駛室完全罩起，即使坐車的人喝了酒，也不會(huì)影響到駕駛室內(nèi)部的酒精濃度，使測(cè)量更準(zhǔn)確，動(dòng)作更可靠.待搜集完數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)的情況，由單片機(jī)發(fā)出指令，關(guān)閉自動(dòng)封閉系統(tǒng)，打開汽車的點(diǎn)火系統(tǒng)［1－4］;如果收集的數(shù)據(jù)不合理，則關(guān)閉汽車的點(diǎn)火系統(tǒng)(如圖3).

圖3 系統(tǒng)檢測(cè)圖

設(shè)計(jì)思路三:結(jié)合上面兩種思路，剛上車采用思路二進(jìn)行檢測(cè)，能夠確保第一時(shí)間對(duì)駕駛員進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)具體情況依據(jù)圖2進(jìn)行判斷，把酒駕消除在萌芽狀態(tài)，在行駛途中采用思路一不定時(shí)隨機(jī)檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)異常，能夠在第一時(shí)間將車輛通過報(bào)警聲音提示司機(jī)把車靠在路邊，幾分鐘后自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)工作，將車鎖定，這樣把存在的弊端就在無形中消除.既能防止測(cè)量的不準(zhǔn)確，又能杜絕半路換司機(jī)的情況出現(xiàn)，對(duì)酒駕能夠起到控制和消除的作用，讓酒駕不再發(fā)生.

4 總結(jié)

對(duì)于酒駕查處，雖然力度、頻度都比較大，也使酒駕迅速減少，但是交警通常采用在路邊“守株待兔”的方式，這種方式比較辛苦，況且有的車輛不經(jīng)過檢查地點(diǎn)，就逃脫了檢查和處罰.設(shè)計(jì)檢測(cè)器使監(jiān)測(cè)變的方便，并且讓醉酒的駕駛員不能發(fā)動(dòng)汽車，從而減少了醉酒駕駛的可能性，同時(shí)大大減少了交通事故的發(fā)生，較好地保護(hù)了人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全.

［1］陳新亞.汽車為什么會(huì)“跑”，圖解汽車結(jié)構(gòu)與原理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］吳基安.汽車電氣電子工程師手冊(cè)［M］.黑龍江:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

［3］王囤.現(xiàn)代汽車點(diǎn)火系統(tǒng)——電子點(diǎn)火與微機(jī)控制點(diǎn)火［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1997.

［4］麻友良.汽車點(diǎn)火系統(tǒng)原理與故障檢修實(shí)例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［5］趙佩華.單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.