基于STM32集成于方向盤的酒精檢測系統(tǒng)

張茜　朱慶宇　鄭鑄

摘要：針對酒駕這一現(xiàn)象，本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一套酒精檢測系統(tǒng)，本系統(tǒng)的功能是通過鑲嵌在方向盤的不同位置的酒精傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并由STM32進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，當(dāng)駕駛員酒精含量超標(biāo)時(shí)，本方向盤可以實(shí)現(xiàn)鎖定功能并且發(fā)送位置信息給駕駛員的家人，達(dá)到從根源上解決酒駕事故的目的。本次設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)在于本系統(tǒng)集成于方向盤內(nèi)部。

關(guān)鍵詞：交通事故 酒精檢測 GPS 方向盤

前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、時(shí)代的變遷，居民生活水平逐步上升，私家車的數(shù)量逐年增多，但交通事故也在逐漸增加，而引起交通事故的主要原因之一便是“酒駕”。據(jù)調(diào)查，大約50%60%的交通事故與酒后駕駛有關(guān)，酒后駕駛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織列為車禍致死的首要原因。針對這一現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。

1概述

本系統(tǒng)可分為七大模塊，分別是核心控制模塊，酒精檢測模塊，GPS定位模塊，定位信息發(fā)送模塊，電源模塊，語音模塊（用于語音播放酒精含量是否超標(biāo)，取代以往的液晶顯示屏），鎖定模塊。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖如圖I-I所示。

為提高數(shù)據(jù)采集的精確度，本系統(tǒng)使用多個酒精傳感器，分別排布在方向盤的上下左右四個位置，成正交關(guān)系，采集的最終數(shù)據(jù)由STM32芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

當(dāng)駕駛員啟動車輛的打火裝置后，本系統(tǒng)開始工作，由于酒精傳感器需要一定的預(yù)熱時(shí)間，本系統(tǒng)在啟動后首先進(jìn)行一分鐘的延遲，之后對駕駛員進(jìn)行酒精檢測，如果駕駛員的酒精含量達(dá)標(biāo)，本系統(tǒng)將播放“您的酒精含量達(dá)標(biāo)，可以駕駛”，否則，本系統(tǒng)播放“您的酒精含量超標(biāo)，禁止駕駛”，并且啟動鎖定模塊，向車輛的鎖定系統(tǒng)發(fā)送一個鎖定信號請求鎖定方向盤，車輛將方向盤鎖定后即可達(dá)到禁止駕駛員駕駛的目的，于此同時(shí)本系統(tǒng)具有定位功能，可以對車輛進(jìn)行定位并向其關(guān)聯(lián)人員發(fā)送經(jīng)緯度定位信息，被關(guān)聯(lián)人員可通過高德地圖等查詢經(jīng)緯度信息所對應(yīng)的具體位置。流程圖如圖1-2所示。

2微小系統(tǒng)概述

器件清單：STM32芯片，MQ3酒精傳感器，JQ8900-16P語音芯片，SIM800A芯片，NE06M芯片，以及基本元器件。

2.1 STM32核心板

本次設(shè)計(jì)使用的STM32芯片主要構(gòu)成本系統(tǒng)的核心控制部分，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本系統(tǒng)的核心控制部分主要控制各部分協(xié)調(diào)工作，包括收集酒精傳感器采集到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，根據(jù)設(shè)定的閾值判斷酒精含量是否超標(biāo)，若超標(biāo)，本系統(tǒng)的核心控制部分將分別向語音模塊，GPS定位模塊和信息發(fā)送模塊發(fā)送信號，驅(qū)動各部分各司其職。這一功能的實(shí)現(xiàn)利用了STM32芯片的多串口的特點(diǎn)。STM32芯片通過不同的串口向不同模塊發(fā)送信號，各個部分不會發(fā)生沖突，這使得本系統(tǒng)更具穩(wěn)定性。

2.2酒精檢測模塊

酒精檢測模塊是一個微小的酒精檢測系統(tǒng)，核心器件是MQ3傳感器，MQ3酒精傳感器的酒精測量范圍是0.01%0‰1%o，符合本次設(shè)計(jì)的要求。為提高酒精檢測的精度，本系統(tǒng)采用4個酒精傳感器，分別分布在方向盤的最上端，最下端，最左端，最右端，4個MQ3酒精傳感器采集到的信號分別通過STM32的不同引腳傳輸至核心控制模塊，本系統(tǒng)的核心部分將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以及分析處理得到最終數(shù)據(jù)，通過與閥值的比較判斷出駕駛員的酒精含量是否超標(biāo)。

飲酒駕車標(biāo)準(zhǔn)是血液酒精含量（BAC）在20mg/lOOml-80mg/lOOml之間（呼氣酒精含量（BrAC）在0.0909mg/LO.3636mg/L）;醉酒駕車標(biāo)準(zhǔn)是血液酒精含量>=80mg/lOOml（呼氣酒精含量>=0.3636mg/L）。

由于酒精傳感器受溫度限制，測量結(jié)果可能不準(zhǔn)確，因此本系統(tǒng)采用比國家標(biāo)準(zhǔn)更高的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)酒精含量超過15mg/lOOml即為超標(biāo)。計(jì)算公式BAC（in mg/L）=BrAC（in mg/L）x 2200。

2.3語音模塊

本系統(tǒng)的語音播報(bào)部分使用了JQ8900-16P芯片，并且外置有7個I/O口，這7個I/O口采用3x4矩陣排列，最多可以播放19段語音。語音播報(bào)部分主要用于播放駕駛員的酒精含量是否超標(biāo)，若超標(biāo)則可以達(dá)到提醒的作用。

2.4 GPS定位模塊與GSM模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選擇NE06M GPS模塊對位置信息進(jìn)行獲取。

本系統(tǒng)選擇SIM800A模塊實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程短信信息交互。SIM800A是一款兩頻GSM/GPRS模塊，為SMT封裝，工作頻率為GSM/GPRS 900/1800MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS和數(shù)據(jù)信息的傳輸。

3關(guān)于產(chǎn)品的推廣以及對未來的展望

本系統(tǒng)成本低，易于實(shí)現(xiàn)，集成度高，功能強(qiáng)大。本系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是集成于方向盤，并且具有鎖定功能。

在21世紀(jì)，“共享”逐漸引領(lǐng)了潮流，在不久的將來，共享汽車在國內(nèi)也會隨處可見為保證共享汽車的壽命酒精檢測系統(tǒng)必不可少，本系統(tǒng)集成于方向盤，不僅可以節(jié)約成本，同時(shí)也為共享汽車的使用增添了安全保險(xiǎn)同時(shí)國內(nèi)有酒駕前科的公民的私家車若裝有本系統(tǒng)，在監(jiān)督他們的同時(shí)也可減少他們親人的擔(dān)心。

道路交通安全法中對酒后駕車作出嚴(yán)格的處罰規(guī)定：第九十一條

—飲酒后駕駛機(jī)動車的，處暫扣六個月機(jī)動車駕駛證，并處一千元以上二干元以下罰款。因飲酒后駕駛機(jī)動車被處罰，再次飲酒后駕駛機(jī)動車的，處十日以下拘留，并處一千元以上二干元以下罰款，吊銷機(jī)動車駕駛證。醉酒駕駛機(jī)動車的，由公安機(jī)關(guān)交通管理部門約束至酒醒，吊銷機(jī)動車駕駛證，依法追究刑事責(zé)任;五年內(nèi)不得重新取得機(jī)動車駕駛證。

由此，本團(tuán)隊(duì)對集成于方向盤的酒精檢測系統(tǒng)做出美好暢想，未來幾年，國家有可能制定出相關(guān)的法律法規(guī)強(qiáng)制安裝這一系統(tǒng)到那時(shí)，國內(nèi)因酒駕引起的交通事故的發(fā)生率一定會大大降低。

參考資料

[1]《中華人民共和國道路交通安全法（2011修正）》，全國人大常委會，2017-01-13