酒精檢測及汽車安全啟動控制系統(tǒng)的設計研究

陳巨龍 孟唯娟

摘 要：對駕駛員酒精進行主動檢測并據此是否允許汽車發(fā)動機啟動是有效減少交通事故的一個重要舉措，本文對酒精檢測及汽車安全啟動控制系統(tǒng)進行了研究，基于單片機對該系統(tǒng)進行了硬件設計和軟件設計，旨在對駕駛員呼氣酒精含量進行檢測，并對相關技術問題進行探討和研究。

關鍵詞：單片機；酒精檢測；汽車安全啟動；控制系統(tǒng)；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.139

1 引言

據統(tǒng)計全國車輛交通事故中約有55%以上的比例是由酒后駕車引起的，因此對于酒后駕車的預防和控制成為了世界各國所關注和研究的重要問題，目前最為普遍采用的是現場呼氣酒精測試來確定駕駛員是否酒駕，但是這種方法由于交警人力有限使得其覆蓋面相對較窄，無法從根本上控制酒后駕車行為，基于此，本文基于單片機設計了一種能夠對車輛駕駛員自動進行酒精檢測并根據檢測結果來確定是否啟動汽車的控制系統(tǒng)，如果駕駛員酒精檢測超標，則拒絕汽車啟動，這樣就能夠主動地較好地控制和預防酒后駕車行為。

2 系統(tǒng)總體設計方案

系統(tǒng)主動對汽車駕駛員的呼吸氣體成分進行檢測，根據酒精含量檢測結果判斷駕駛員是否屬于酒后駕車，系統(tǒng)置于汽車駕駛員控制臺前面，當駕駛員試圖發(fā)動汽車時，系統(tǒng)預設的警報系統(tǒng)啟動，提醒駕駛員只有主動進行酒精檢測并通過后才能啟動汽車，這時汽車發(fā)動機處于鎖死狀態(tài)。系統(tǒng)的酒精傳感器被激活工作，并提示駕駛員主動呼氣，為了避免駕駛員惡意的逃避檢測行為，設置一個正常呼氣判斷裝置，當系統(tǒng)檢測到駕駛員的呼氣行為后，由單片機向系統(tǒng)發(fā)送一個觸發(fā)信號，系統(tǒng)即開始對駕駛員的呼出氣體進行檢測。由于酒精含量與傳感器檢測電壓具有一定的比例關系，所以可以根據電壓數據來對駕駛員的酒精含量進行判斷，在對檢測信號進行處理后通過電路將其轉化為數字信號，然后由單片機進行判斷，如果超標則拒絕啟動發(fā)動機，如果不超標，則正常啟動。

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 檢測系統(tǒng)硬件設計

檢測系統(tǒng)采用蓄電池作為動力源，以89C單片機作為控制中心，同時輔之以酒精傳感器、呼氣接收機、A/D轉換器，其主要功能是檢測駕駛員的酒精含量并向控制系統(tǒng)發(fā)出信號。

3.1.1 酒精檢測模塊的硬件設計

這部分的硬件主要包括酒精傳感器、檢波器、放大電路、A/D轉換電路等，采用氣敏酒精傳感器，這種傳感器一旦接觸酒精氣體，其電導率在短時間內迅速升高，產生的電壓信號經過檢波器、放大電路和轉換電路轉化為相應的數字信號，并將數字信號傳送到單片機，單片機據此判斷駕駛員是否屬于酒駕。

3.1.2 呼氣行為判斷模塊的硬件設計

為了有效防止駕駛員惡意的不呼氣或者呼氣姿勢不正確等行為所造成的檢測不準確等事件，設置此模塊來對駕駛員的呼氣行為進行判斷，正常的呼氣行為在該模塊中產生一個有效的脈沖信號，據此來接收酒精檢測模塊發(fā)送來的數據。

3.1.3 指示燈設計

設置紅黃綠三個不同顏色的指示燈，紅燈表示系統(tǒng)供電正常，黃燈表示駕駛員呼氣行為正常有效，綠燈是呼氣提示燈，綠燈亮起表示系統(tǒng)準備完成，駕駛員可以正常呼氣，黃燈亮起駕駛員呼氣有效時單片機才開始接收酒精檢測模塊發(fā)送來的信號。

3.1.4 單片機

選用89C系統(tǒng)的單片機作為系統(tǒng)的控制中心，對呼氣信號進行檢測判斷，并根據判斷結果向相關設備和控制裝置發(fā)送命令信號。

3.2 控制系統(tǒng)硬件設計

控制系統(tǒng)對接收到的來自檢測系統(tǒng)的信號進行判斷并據此進行相關操作，收到錯誤信息返回要求駕駛員繼續(xù)呼氣進行檢測；收到酒精含量超標信息，拉響警報，拒絕啟動發(fā)動機，汽車危險報警閃光燈亮起；收到酒精含量不超標的信息，允許駕駛員繼續(xù)啟動發(fā)動機。

控制系統(tǒng)的硬件組成主要包括信號接收設備、單片機、繼電器控制器以及語音報警裝置。采用j04h作為信號接收模塊，在沒有信號時該設備無噪聲干擾，不需要額外增設天線，接收來自檢測系統(tǒng)的信號并將其調制解碼后發(fā)送給單片機；單片機根據接收到的調制解碼信號，控制繼電器、語音裝置和工作指示燈工作；繼電器在單片機的控制下控制汽車發(fā)動機的點火裝置，車燈的亮滅；語音報警裝置在駕駛員酒精含量超標時發(fā)出蜂鳴聲禁止發(fā)動機啟動，不超標時提示可以正常啟動。

4 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件部分像硬件部分一樣也分為檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分，限于篇幅本文只給出兩個系統(tǒng)的功能流程。

檢測部分實現駕駛員呼氣酒精檢測，對酒精含量是否超標進行判斷識別，并生成相應的信息碼以發(fā)送到相關的接收裝置和控制裝置，系統(tǒng)中的每臺設備都有唯一的編號，編號由固定部分和檢測結果部分隨機生成，這樣就對酒精檢測結果起到一個電子鑰匙的加密作用，保證了系統(tǒng)的安全性。

控制部分實現對檢測部分的檢測信息進行接收并作出相關操作的功能，對于接收的信號能夠自動判別真?zhèn)?，如果不合格則自動返回重新進行檢測，當接收到酒精含量超標的信號后觸發(fā)報警裝置并拒絕啟動發(fā)動機，反之則啟動發(fā)動機。

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作者簡介：陳巨龍（1994-），男，山東菏澤人，學士，研究方向：印刷工程。