基于單片機(jī)的車載酒駕監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 車載酒駕檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 整體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)為基礎(chǔ)，結(jié)合了傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、定位技術(shù)，以及后期會(huì)進(jìn)一步結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)對酒駕醉駕行為的監(jiān)管。溫度及濕度檢測模塊靠近酒精氣體傳感器。酒精氣體傳感器實(shí)時(shí)檢測車內(nèi)空中的酒精含量，酒精氣體傳感器檢測出車內(nèi)酒精含量超標(biāo)時(shí)，控制模塊接收信號并控制報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警信號提示駕駛員靠近酒精氣體傳感器進(jìn)行吹氣檢測，以便進(jìn)一步確定駕駛員是否處于酒駕狀態(tài)，形成二次驗(yàn)證；溫濕度檢測模塊通過溫濕度變化檢測駕駛員是否靠近酒精氣體傳感器進(jìn)行了吹氣。定位模塊實(shí)時(shí)檢測車輛的定位信息并將車輛的定位信息輸出給控制模塊，通信模塊將酒精檢測模塊的駕駛員酒駕信息及車輛的定位信息發(fā)送給遠(yuǎn)程終端，遠(yuǎn)程終端可以為交警部門或駕駛員親屬，使交警部門或駕駛員親屬及時(shí)了解駕駛員狀態(tài)及車間信息。在檢測到駕駛員處于酒駕狀態(tài)時(shí)，車輛控制模塊將控制車輛無法啟動(dòng)。顯示屏用于顯示車輛位置信息、車內(nèi)酒精濃度、時(shí)間、車內(nèi)溫濕度等信息。

車輛控制模塊通過模擬電信號控制車輛ECU，車輛控制模塊模擬破壞ECU防盜系統(tǒng)。一旦檢測到駕駛員處于酒駕狀態(tài)，車輛控制模塊通過模擬電信號控制車輛ECU，模擬破壞ECU防盜系統(tǒng)，進(jìn)而使車輛無法啟動(dòng)。該控制模塊控制車輛油泵控制器，車輛油泵控制器通過電信號控制車輛油泵控制器使車輛油泵斷油。一旦檢測到駕駛員處于酒駕狀態(tài)，車輛控制模塊控制車輛油泵控制器，車輛油泵控制器通過電信號控制車輛油泵控制器使車輛油泵斷油，進(jìn)而使車輛無法啟動(dòng)。

金融的監(jiān)管必然帶來金融運(yùn)行的順周期性，這就需要構(gòu)建完善的與金融相關(guān)的法律體系來解決。在2018年兩會(huì)上，國務(wù)院總理李克強(qiáng)提出了要“強(qiáng)化金融監(jiān)管協(xié)調(diào)機(jī)制”。而金融法律體系的構(gòu)建是強(qiáng)化金融監(jiān)管協(xié)調(diào)機(jī)制的重要措施，也是減少金融監(jiān)管帶來順周期性問題的重要途徑。

系統(tǒng)會(huì)安裝在車內(nèi)恰當(dāng)?shù)膱龊?，目前擬安裝在駕駛員面前方向盤上，主要通過系統(tǒng)對駕駛室內(nèi)的濃度進(jìn)行檢測，以實(shí)時(shí)監(jiān)控的形態(tài)，針對駕駛員的飲酒情況完成監(jiān)測；之后利用GPS定位模塊完成數(shù)據(jù)的集中接收，主要包括位置信息及酒駕信息等。若系統(tǒng)檢測到駕駛室內(nèi)酒精濃度超標(biāo)，即會(huì)觸發(fā)信息反饋模式，將酒駕的信息反饋到相關(guān)監(jiān)管平臺或基站，并根據(jù)定位信息，對駕駛員進(jìn)行遠(yuǎn)程提示，可以通過短信平臺以及車輛的網(wǎng)絡(luò)平臺，對定位車輛進(jìn)行告警提示，并進(jìn)一步追蹤車輛后續(xù)情況；此外，該系統(tǒng)在檢測到駕駛員飲酒情況后，可以結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)，完成閉鎖，即不能啟動(dòng)點(diǎn)火開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)對飲酒駕駛員行為的主動(dòng)防御。該系統(tǒng)也將進(jìn)一步為交通管理部門及運(yùn)輸企業(yè)提供監(jiān)管功能，提高交通管理部門執(zhí)法效率的同時(shí)，也為運(yùn)輸企業(yè)提供安全管理的服務(wù)，從而進(jìn)行車輛的綜合管理。

該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要包括控制模塊，酒精檢測模塊，數(shù)據(jù)存儲與運(yùn)行模塊，發(fā)動(dòng)機(jī)電控模塊，信號發(fā)送模塊等。

采用單片機(jī)開發(fā)板用5110液晶屏模塊作為顯示裝置，使用I/O線驅(qū)動(dòng)，共計(jì)四根，串行通信可用。VCC引腳接電源子模塊，也可與電壓調(diào)節(jié)芯片相接。

1.2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車載酒駕檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模塊包含：單片機(jī)PIC16F877A，主要為接收來自酒精傳感器檢測到的信號，對信號進(jìn)行處理并判斷，一旦駕駛室內(nèi)酒精濃度超標(biāo)，繼啟動(dòng)相關(guān)控制電路，結(jié)合液晶顯示屏幕和語音報(bào)警裝置的提醒，完成前期控制，并將信息發(fā)送到外界監(jiān)管平臺嗎，同時(shí)完成針對發(fā)動(dòng)機(jī)的閉鎖控制。其他模塊包括傳感器檢測模塊、語音及顯示子模塊、酒駕閉鎖控制子模塊及其它硬件模塊電路。整體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

1.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)具有模塊化技術(shù)特點(diǎn)，目前主要模塊可針對駕駛員的駕駛狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警和監(jiān)控，是具有多傳感器的智能監(jiān)控系統(tǒng)。車載檢測系統(tǒng)在汽車啟動(dòng)前先對車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行預(yù)判，當(dāng)發(fā)現(xiàn)駕駛員有可能飲酒時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步檢測并干預(yù)。系統(tǒng)使用GPS北斗衛(wèi)星定位，接入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，能夠?qū)崟r(shí)給遠(yuǎn)程終端反饋信息，智能、方便、及時(shí)、準(zhǔn)確。系統(tǒng)帶有語音播報(bào)功能，有著良好的人機(jī)交互性，界面友好；通過測試，檢測準(zhǔn)確率高，有效防止了各種可能的作弊手段。后期還可針對功能改進(jìn)來調(diào)整模塊。

2 傳感器檢測子模塊硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

做為移動(dòng)通信端，選用了SIM300模塊，可以采用三種頻率工作，范圍較廣，其內(nèi)部通過TCP/IP協(xié)議，以擴(kuò)展指令的方式完成數(shù)據(jù)傳輸。內(nèi)部雙串口模式便于調(diào)節(jié)，以3.4-4.5V電壓為準(zhǔn)完成調(diào)節(jié)，能耗較低。通過其60引腳與其他接口相連，預(yù)留麥克風(fēng)及音頻接口，配合總線接口完成輸入及輸出。通過TSD與單片機(jī)PIC16F877A相接，并接入射頻連接器，串行異步收發(fā)器與MAX232接口相接，實(shí)現(xiàn)通信功能。

推薦理由:本書為著名兒童文學(xué)作家金波先生近60年經(jīng)典兒童詩歌的精選集，共3冊，收錄其中的詩歌皆由金波先生親自挑選，同時(shí)也是時(shí)間篩選出的佳作，首首經(jīng)典，傳誦廣泛，深受廣大讀者喜愛。作品時(shí)間跨度久，取材廣泛，從大自然到現(xiàn)實(shí)生活，涵蓋兒童世界的方方面面。詩歌的形式韻律優(yōu)美，筆觸清新自然，內(nèi)容充滿童趣和想象力，為小讀者展現(xiàn)一片純凈至美的天地。

2.2 傳感器選用

使用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)芯片74HC245完成驅(qū)動(dòng)，以三種顏色綠、黃、紅分別對應(yīng)正常、飲酒駕駛、醉酒駕駛模式，結(jié)合液晶顯示模塊完成提示。

濕度傳感器選用HIH 3610型。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過駕駛員的呼氣及駕駛室內(nèi)酒精濃度來完成識別的，并且，環(huán)境濕度對酒精傳感器MQ-3有一定影響；此外，所測酒精濃度還會(huì)受到駕駛員呼吸速率的干擾，因此必須添加濕度傳感器。該傳感器具有穩(wěn)定性好、反應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)。

以上傳感器配置為4+1模式，即四個(gè)半導(dǎo)體酒精傳感器，和一個(gè)濕度傳感器，此外還需要一個(gè)微型麥克風(fēng)。圖3為酒精傳感器測試電路。

2.3 傳感器采樣電路情況

酒精傳感器的采樣電路主要是有關(guān)信號的調(diào)整、放大與濾波，還在完成識別前需要一定預(yù)熱時(shí)間，必須保證一定時(shí)間的預(yù)熱，傳感器才能進(jìn)入正常工作狀態(tài)。根據(jù)試驗(yàn)可知，在檢測前通過較高電壓(2.2V)與晶體管組成延時(shí)電路，即可完成預(yù)熱。酒精傳感器的氣敏電阻采用串聯(lián)電阻分壓方式，通過設(shè)計(jì)三個(gè)反向輸入端電壓來完成調(diào)節(jié)，之后設(shè)置三個(gè)模式的飲酒狀態(tài)，即正常、飲酒、醉酒。酒精傳感器陣列采集四路酒精濃度信號，將四路信號依次輸入單片機(jī)，進(jìn)行轉(zhuǎn)A/D轉(zhuǎn)換。

2.4 濕度及微型麥克風(fēng)接口電路情況

濕度傳感器設(shè)置三個(gè)引腳，即電壓引腳，接地引腳，電壓數(shù)據(jù)輸出引腳，不用外加信號調(diào)整電路，也不需要額外的轉(zhuǎn)換電路，直接將信號輸入單片中即可。微型麥克風(fēng)信號可經(jīng)由濕度傳感器通道輸入單片機(jī)。如圖4、5所示。

3 語音和顯示子模塊硬件設(shè)計(jì)

3.1 語音報(bào)警模塊電路情況

選用S8850D331三極管來驅(qū)動(dòng)電路，并于驅(qū)動(dòng)芯片74HC245串接。若輸入低電位，三極管驅(qū)動(dòng)繼電器閉合，若輸入高電位，三極管驅(qū)動(dòng)繼電器斷開。添加二極管作為保護(hù)端，以防止反向電壓損壞三極管。

檢測設(shè)定為，當(dāng)駕駛員進(jìn)入駕駛室準(zhǔn)備打開點(diǎn)火開關(guān)，語言模塊會(huì)發(fā)出檢測提示。之后酒精檢測模塊根據(jù)設(shè)定值開始檢測。當(dāng)檢測到室內(nèi)酒精濃度小于50ppm，可正常啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)檢測到室內(nèi)酒精濃度為50ppm-125ppm時(shí)，屬于酒后駕駛情況，語言系統(tǒng)會(huì)提示駕駛員請勿操作。當(dāng)檢測到酒精濃度大于125ppm時(shí)，屬于醉酒駕駛，報(bào)警繼續(xù)提示請勿操作。以上模式在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后依然可以完成檢測。

青島地區(qū)3家“三甲”醫(yī)院ICU耐亞胺培南革蘭氏陰性桿菌碳青霉烯酶基因型研究 ……………………… 宋曉萍等（4）：478

1.2.2 檢查中護(hù)理工作 護(hù)理人員需要協(xié)助患者在檢查過程中保持相對舒適的體位，引導(dǎo)患者通過腹部進(jìn)行呼吸，在插入內(nèi)鏡時(shí)，要適當(dāng)?shù)奶Ц呋颊叩念^部，并控制好藥物的輸入速度，避免過快，同時(shí)結(jié)合患者的生理反應(yīng)及時(shí)調(diào)整藥物的輸入速度[4-8]。此外，護(hù)理人員需要針對患者從麻醉中清醒過程中的躁動(dòng)現(xiàn)象，避免患者在無意識狀態(tài)下傷害自己。

3.2 液晶顯示模塊電路情況

控制模塊作為系統(tǒng)的核心模塊，主要作用是銜接其他模塊的工作，并作為信息的判別及指令模塊；酒精檢測模塊是采納了電子鼻系統(tǒng)原理，通過有序排列傳感器獲得，伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)和開關(guān)的啟動(dòng)來工作；數(shù)據(jù)存儲與運(yùn)行模塊使用串行芯片E2PROM來存儲階段性檢測結(jié)果及車輛相關(guān)信息；發(fā)動(dòng)機(jī)電控模塊需要針對油路開關(guān)核對點(diǎn)火開關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)檢測結(jié)果出現(xiàn)問題時(shí)切斷油路與電路，從而截止發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火；信號發(fā)送模塊負(fù)責(zé)對飲酒和醉酒駕駛信息的傳遞，需要結(jié)合GPS及GSM模塊功能。

在進(jìn)行分析之前，首先對投資者情緒與股價(jià)的平穩(wěn)性進(jìn)行檢驗(yàn)。本文采用ADF單位根檢驗(yàn)法，根據(jù)AIC與SIC同時(shí)最小的原則，得出結(jié)果如表3。

3.3 LED指示燈電路情況

本次設(shè)計(jì)基于車載系統(tǒng)的考慮，所選用的傳感器必須具有靈敏度高響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，因此采用半導(dǎo)體酒精傳感器MQ-3模塊。通過對MQ-3的電路測試可知，需要通過外接負(fù)載電阻來控制傳感器電阻變化。

3.4 子模塊硬件情況

設(shè)計(jì)采用ISD1730語音解碼芯片，可設(shè)置的提示音效，也可完成嵌入式模式。該芯片內(nèi)存大，可以完成十萬次的錄音。系統(tǒng)采用SPI工作模式，與單片機(jī)PIC16F877A引腳SDI、SCK連接，并設(shè)置ROSC引腳為振蕩電阻。

4 其他硬件設(shè)計(jì)情況

4.1 GSM子模塊設(shè)計(jì)情況

選用PIC16F877A單片機(jī)。具有運(yùn)行速度快，電源耗能低，存儲容量大，代碼壓縮率高等優(yōu)勢。具體選用了其14位的指令長度，并且采用單指令流水線結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部自帶10位的A/D轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位方式，將電阻附加在引腳與電源回路之間。在試驗(yàn)過程中實(shí)際采取了上電復(fù)位和人工復(fù)位相結(jié)合的方式，便于重啟。

4.2 GPS子模塊設(shè)計(jì)情況

作用主要是接收信號，并完成對信號的放大處理。選用鼎天GPS模塊 REB-3571LP，翻譯GPS衛(wèi)星系統(tǒng)信號與導(dǎo)航，并對目標(biāo)車輛做出定位。其工作電壓為3.3V，實(shí)現(xiàn)20通道的并行接收，定位精度小于25米。硬件電路如圖6所示，共計(jì)30個(gè)引腳。

4.3 電源子模塊設(shè)計(jì)情況

采用車用電源12V為輸入電源，選用LM2567芯片作為電壓轉(zhuǎn)換單元，完成12V轉(zhuǎn)5V，5V轉(zhuǎn)4.2V，5V轉(zhuǎn)3.3V電路，如圖7所示。LM2567芯片輸入電壓在7-40V范圍內(nèi)，輸出電壓可調(diào)，并且需要在輸入端添加濾波電容，以抗干擾。

8.2 食品可追溯的特殊要求。食品原料應(yīng)使用“上海市安全營養(yǎng)食品供應(yīng)鏈平臺”系統(tǒng)，確保食品原料來源正規(guī)，供應(yīng)商資質(zhì)齊全、索證索票資料齊全。應(yīng)規(guī)范使用“上海市醫(yī)院食品安全管理系統(tǒng)”報(bào)送食品追溯等食品安全相關(guān)信息。

由于管道容量的限制，加拿大西部石油精選價(jià)格（WCS）——即加拿大油砂在加拿大阿爾伯塔省哈迪斯市（Hardisty，albery）的交貨基準(zhǔn)價(jià)格——與美國西德克薩斯輕質(zhì)原油（WTI）的交易價(jià)格差距大幅擴(kuò)大，近幾周WCS的價(jià)格低至20美元。

5 硬件測試過程

車載酒精檢測系統(tǒng)在完成程序和電路的設(shè)計(jì)中，需要多次進(jìn)行試驗(yàn)與調(diào)試，在調(diào)試過程中能夠發(fā)現(xiàn)各種問題，通過進(jìn)一步對電路方案的調(diào)整，達(dá)到相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。采用程序與電路結(jié)合法進(jìn)行測試。

測試使用儀器包括道通MS906S，413技術(shù)OBD解碼器，MDO5數(shù)字示波器，元征LAUNCH X431 V故障診斷儀，數(shù)字萬用表，分別對單片機(jī)PIC16F877A，傳感器模塊，語音及顯示模塊，GSM/GPS模塊及電源模塊進(jìn)行測試，連接發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)，完成調(diào)試。利用STC15F2K60S2單片機(jī)集成電路進(jìn)行單片機(jī)，利用軟件提前進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，之后進(jìn)行連接調(diào)試。

依照電路圖，將各元器件通過FRDM-KW24D512 射頻評估開發(fā)板進(jìn)行焊接，確保沒有虛焊情況，可通過通電進(jìn)行測試，在此過程中亦可檢查各處引腳短路情況。通過調(diào)試，當(dāng)酒精濃度處在50ppm-125ppm，以及酒精濃度大于125ppm時(shí)，語言提示系統(tǒng)都會(huì)觸發(fā)。

6 結(jié)語

本文主要介紹了以單片機(jī)PIC16F877A為基礎(chǔ)所設(shè)計(jì)的車載酒精檢測系統(tǒng)，包括傳感器模塊設(shè)計(jì)以及語言顯示模塊的設(shè)計(jì)，已通過試驗(yàn)進(jìn)行了測試，具有一定實(shí)用價(jià)值，后期還將進(jìn)一步研究其擴(kuò)展功能。

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