基于气体传感技术车载防酒驾系统设计与开发

牛春亮+李明泽+孙晶

摘 要：由于酒后驾车极容易引发交通事故，为了进一步避免事故发生，本文设计了一种防酒驾车载酒精检测装置。本系统直接与汽车发动机系统相连，不仅能够精准的判断驾驶员体内酒精含量是否超标，而且能够根据结果迅速反应，拒绝醉酒驾驶员启动汽车，从而在根源上规避酒驾，为安全驾驶提供技术保障，有降低酒驾事故的发生。

关键词：防酒驾系统；非接触式；酒精检测；车载式

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431078

前言

汽车在带给人类便捷和舒服的同时，也带来许多安全问题。酒后驾驶所导致的结果通常是最为严峻的，如何避免酒驾事故也成为科研人员研究热点。自“醉酒驾驶”正式入刑，对于酒驾的处罚已经非常严厉，但酒后驾驶还是屡禁不止。针对这一问题，本文设计了一种基于单片机控制的防酒驾车载酒精检测系统，系统可以敏感的识别驾驶员体内酒精含量是否达到了酒驾标准，并根据结果控制发动系统停止启动，从而在根源上避免酒驾行为，为安全驾驶提供技术保障，能够有效减少酒驾事故的发生。

1 设计原理

本文所研究的基于单片机控制的防酒驾车载酒精检测系统主要从硬件和软件2个方面进行设计。平台基于MSP430FG4619单片机进行设计实现的，通过搭载具有超高灵敏度的传感器，可以实现对车内酒精浓度的灵敏检测。为了防止驾驶员主观拒绝检测，系统设计为自动模式。通过检测驾驶员的呼出气体来进行酒精浓度监测，因此为了使结果更精确，将传感器放置于方向盘上，并就近将系统放置于汽车仪表盘处[1，2]。

系统的工作原理可以分为5个阶段：激活，系统连接车门，当车门锁传感器感应到了打开的信号时，酒精传感器被激活进入预热状态，同时系统的红色指示灯被点亮；压力检测，当驾驶员就座时，启动压力传感器，并开启语音提示功能，此时驾驶员可以进行启动汽车的动作，但因为此时发动机尚处于被系统锁定的状态，因此汽车并不会发动；检测，当酒精传感器完成预热后，系统会点亮绿色指示灯，此时酒精传感器开始对车内的酒精含量进行探测，从而由模拟量转换为数字量，通过检测这一系列数值中的最大值，就能够计算出对应的酒精浓度，浓度结果通过LCD液晶显示器进行显示；判定，系统内置了判别程序，当检测结果超出正常范围时，超标指示灯被点亮，此时声光警报会被触发，通过语音告知驾驶员不能继续驾驶车辆，同时系统会开启控制继电器，令其执行切断点火装置，使得汽车不能发动；驾驶检测，在汽车正常启动的情况下，系统的控制部分进入低功耗模式，仅保留酒精传感器部分进行工作，以便随时监测驾驶员是否在驾驶中途饮酒，当其接收到超标信号时，立即激活控制仪，提示驾驶员停止驾驶[3-5]。

2 硬件部分设计

系统的硬件部分主要由MSP430FG4619单片机控制器、A/D转换器、酒精传感器模块、车门锁传感器、压力传感器、控制继电器、LCD液晶显示、LED指示灯和语音报警等构成。

2.1 MSP430FG4619单片机控制器

综合考虑性能、功耗、成本、稳定性以及体积等各个方面后，研究选用了MSP430系列中的MSP430FG4619单片机作为整个系统的构建平台，它具集成度高，故障率低，对酒精传感器传回的数据进行处理，判定其是否超标，从而控制发动机能否启动。

2.2 传感器

饮酒后的驾驶员呼出含有酒精分子的气体，通过气敏式传感器，可以敏锐地捕捉到气体中的酒精浓度，进而实现对驾驶员饮酒状况的评判。MQ-3气体传感器在灵敏探测方面具有较为明显的优势：对乙醇蒸汽具有极强的灵敏度（灵敏度≥5）和较宽的探测范围（10-1000ppm）；反应及恢复都很快（响应时间≤10s）；使用寿命长，稳定性好；驱动电路简单实用；价格低廉，有效降低成本。另外，系统还配备了车门锁传感器和压力传感器，前者用于判断车门是否被打开，后者则用于判断驾驶员是否就坐于驾驶位上。因为系统控制了车辆的发动系统，如果检测系统不启动，那么车本身也无法发动，只有让车门锁传感器检测到开门信号，压力传感器检测到就坐信号，系统才会启动酒精检测，而此时无论驾驶员愿意与否都会被系统采集到酒精浓度信息，随后根据结果系统进行切断或者不切断点火装置电源的行为，实现杜绝酒驾的目的[6-8]。

2.3 A/D转换器

MSP430FG4619IPZ单片机中包含一块12位的ADC，其最大稳定采样速率可达200KSPS，在精度和速度上都能够满足本设计的需求，因此为了节约硬件资源并简化设计难度，系统的模数转换部分直接使用了这一A/D芯片。

2.4 语音报警电路

语音报警芯片采用具有单片机内核的WT588D。该芯片用于对车内驾驶员进行语音播报，主要实现2大功能：在綠色指示灯亮起时，表明驾驶员已经就坐，此时发出声音提示驾驶员酒精检测系统启动；在酒精浓度检测结束后，依据结果是否超标告知驾驶员能否继续行驶。

2.5 指示灯电路

为了让系统状态更为直观，引入了红黄绿3个颜色的指示灯。红灯的亮暗昭示系统是否处于工作状态。绿灯用于告知驾驶员是系统否在进行监测。黄灯用于显示警报，一旦结果显示超标则黄灯会被点亮，控制继电器被激活，汽车不能正常启动。同时黄灯还具有闪烁功能，酒精浓度越高其闪烁越快。

3 软件部分设计

以MSP430FG4619单片机为核心，用C语言进行编写。实现的功能包括车门检测、压力检测、酒精浓度检测、超标甄别、检测结果显示、语音播报等。系统启动后，首先需要初始化，需专业人员密码验证才能进行报警参数的设定，以防止驾驶员随意改动。完成初始化后，开始加热酒精传感器，准备完毕后绿灯被点亮，系统进入测试阶段，此时酒精传感器开始采集浓度信息，并将其转化为电压信号，经模数转换后保留其峰值，随后与设定的报警界限相比对，甄别其是否超标，并将结果传送到LCD屏幕上进行显示，如果结果为超标，则开启语音播报告知驾驶员超标，不能继续驾驶，系统开启控制器，切断汽车点火装置的电源，确保汽车不能行动，反之则继电器不工作，通过语音提示告知驾驶员可以正常驾驶[9-10]。

4 结束语

防酒驾车载酒精检测系统能够有效降低酒驾事故，本文详细的介绍了对其硬件部分和软件部分的器件选择和设计思路，设计实现的系统具有自动化、智能化和低功耗的特点，具有很强的实际应用意义。

参考文献

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[10]徐京莲，韩峻峰，潘盛辉，童启武.基于多传感器融合的车载酒精检测系统设计[J].仪表技术与传感器，2010（7）： 105-107.

作者简介：牛春亮（1983-），男，讲师，主要从事农业机械及智能机构设计研究。