朱宵月 王子沖 劉洪偉 陸宏迎 程皓陽(yáng)

1、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院

引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，汽車越來(lái)越普及，但隨著汽車的普及，酒后駕駛問(wèn)題也愈來(lái)愈突出。人體在酒后意識(shí)模糊、操作及反應(yīng)能力下降，再加上在酒精刺激下往往盲目自信，很容易不聽勸阻執(zhí)意醉酒駕駛，若堅(jiān)持駕駛機(jī)動(dòng)車很容易發(fā)生嚴(yán)重的車禍，不僅對(duì)自己造成巨大的傷害，也加劇了發(fā)生交通安全事故的概率，加大了所有交通參與者的安全風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，每年全國(guó)因酒駕導(dǎo)致的道路交通事故約12015起， 造成4679人死亡，7336人受傷，觸目驚心的數(shù)字警告我們應(yīng)嚴(yán)格禁止酒后駕駛,但僅靠個(gè)人自覺性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此，設(shè)計(jì)一款基于STM32微控制器內(nèi)核的智能控制情況檢測(cè)駕駛?cè)耸欠耧嬀苼?lái)控制車輛能否啟動(dòng)，從而從根源上避免酒后駕駛是相當(dāng)有必要的。

1 總體設(shè)計(jì)方案

基于STM32的智能防酒駕安全系統(tǒng)如圖1，本系統(tǒng)檢測(cè)到汽車點(diǎn)火時(shí)啟動(dòng)監(jiān)控模式，采用短距離通信和無(wú)接觸信息傳輸方式，酒精濃度傳感器與人體紅外線傳感器收集的數(shù)據(jù)會(huì)被上傳給STM32單片機(jī)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的檢測(cè)處理，若檢測(cè)結(jié)果為駕駛?cè)藛T未酒駕，則允許駕駛?cè)藛T啟動(dòng)汽車[1]、正常行駛，若檢測(cè)結(jié)果為駕駛?cè)藛T酒駕，則啟動(dòng)汽車控制裝置，強(qiáng)行將汽車熄火，保證駕駛?cè)藛T在滿足酒駕條件時(shí)無(wú)法啟動(dòng)汽車，啟動(dòng)汽車控制模塊使汽車電路開啟或關(guān)斷，禁止汽車被啟動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)從根源上杜絕酒駕的功能。

圖1系統(tǒng)各模塊示意圖

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 設(shè)計(jì)思路

（1）駕駛?cè)藛T進(jìn)入汽車后，用鑰匙啟動(dòng)汽車電路時(shí)，會(huì)同時(shí)喚醒該系統(tǒng)進(jìn)入工作模式。

（2）MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器采集酒精濃度信息，通過(guò)放大濾波，將信號(hào)放大并由濾波器進(jìn)行噪聲濾除后將信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器中，此時(shí)信號(hào)被轉(zhuǎn)換為易于傳輸、處理的電壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)傳輸至STM32單片機(jī)中，如圖2所示：

圖2MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器信息處理

（3）上一步得到的電壓信號(hào)傳入STM32單片機(jī)中與提前設(shè)定好的閾值進(jìn)行對(duì)比判斷，若判斷結(jié)果為酒精含量未超過(guò)提前設(shè)定好的閾值，則允許汽車正常啟動(dòng)。若判斷結(jié)果為酒精含量超過(guò)提前設(shè)定好的閾值，則進(jìn)一步判斷紅外傳感器的數(shù)據(jù)[2]。

（4）熱釋電人體紅外線傳感器采集駕駛?cè)藛T的人體溫度信息，通過(guò)放大濾波，將信號(hào)放大并由濾波器進(jìn)行噪聲濾除后將信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器中，此時(shí)信號(hào)被轉(zhuǎn)換為易于傳輸、處理的電壓信號(hào)，并將其傳輸至STM32單片機(jī)中，如圖3所示：

圖3熱釋電人體紅外傳感器信息處理

（5）上一步得到的電壓信號(hào)傳入STM32單片機(jī)中與提前設(shè)定好的閾值進(jìn)行比對(duì)判斷 ，若判斷結(jié)果為人體溫度未超過(guò)提前設(shè)定好的閾值，則說(shuō)明車內(nèi)雖有酒精含量超標(biāo)人員，但該人員并非駕駛座上的人員，系統(tǒng)允許汽車正常啟動(dòng)。若判斷結(jié)果為人體溫度超過(guò)提前設(shè)定好的閾值 ，則說(shuō)明車內(nèi)酒精含量超標(biāo)人員為駕駛座上的駕駛?cè)藛T，此時(shí)自動(dòng)提醒裝置啟動(dòng)。

（6）自動(dòng)提醒裝置會(huì)通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)提醒駕駛?cè)藛T體內(nèi)酒精濃度含量超標(biāo)，不被允許駕駛汽車。之后檢測(cè)駕駛?cè)藛T是否在語(yǔ)音提醒過(guò)后將油門關(guān)閉 ，若檢測(cè)到油門已關(guān)閉，說(shuō)明醉酒的駕駛?cè)藛T放棄了酒駕，解除安全警報(bào)狀態(tài)，回到初始狀態(tài)等待汽車下一次啟動(dòng)。若檢測(cè)到駕駛?cè)藛T不顧警告，不關(guān)閉油門、執(zhí)意行駛，則啟動(dòng)汽車控制裝置 ，強(qiáng)行將汽車熄火 ，保證駕駛?cè)藛T在滿足酒駕條件時(shí)無(wú)法啟動(dòng)汽車。

2.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程：汽車點(diǎn)火后會(huì)觸發(fā)酒精傳感器采集信息，并將采集到的信息上報(bào)至STM32單片機(jī)中，單片機(jī)接收到酒精傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析比對(duì)，與系統(tǒng)提前設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較判斷，若酒精含量未超過(guò)提前設(shè)定好的閾值，則允許汽車正常啟動(dòng)，若酒精含量超過(guò)提前設(shè)定好的閾值，會(huì)進(jìn)一步觸發(fā)人體熱釋電紅外傳感器采集信息 ， 并將采集到的信息上報(bào)至STM32單片機(jī)中，單片機(jī)接收到人體熱釋電紅外傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析比對(duì)，與系統(tǒng)提前設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較判斷，若判斷結(jié)果為溫度沒(méi)有發(fā)生異常，則說(shuō)明醉酒人員不是駕駛座上的駕駛?cè)藛T，系統(tǒng)允許汽車正常啟動(dòng) ，若檢測(cè)到溫度異常，則證明醉酒人員即駕駛座上的駕駛?cè)藛T，系統(tǒng)觸發(fā)自動(dòng)提醒裝置，單片機(jī)向語(yǔ)音報(bào)警模塊發(fā)送控制信息，語(yǔ)音報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛?cè)藛T處于醉酒狀態(tài)，不宜駕駛機(jī)動(dòng)車輛，請(qǐng)立即關(guān)閉油門，若系統(tǒng)檢測(cè)到汽車油門關(guān)閉，則返回初始狀態(tài)等待汽車下一次啟動(dòng)，若檢測(cè)到油門未關(guān)閉，即駕駛?cè)藛T執(zhí)意醉酒駕駛，車控裝置啟動(dòng)，強(qiáng)行鎖車并將汽車熄火 ，保證駕駛?cè)藛T的出行安全。系統(tǒng)流程圖如圖4：

圖4系統(tǒng)流程圖

3 硬件設(shè)計(jì)

STM32F1單片機(jī)為該系統(tǒng)的主控芯片，基于STM32微控制器內(nèi)核的智能防酒駕控制系統(tǒng)主要組成為MQ-3酒精濃度傳感器模塊、人體紅外線傳感器模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊、汽車控制模塊[3]、各傳感器檢測(cè)信號(hào)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊。

3.1 MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器

酒精傳感器可采集空氣并分析空氣中的酒精含量，在眾多酒精傳感器中，MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器在實(shí)驗(yàn)條件下表現(xiàn)出良好的特性，故選用MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器采集酒精濃度信息，通過(guò)放大濾波，將信號(hào)放大并由濾波器進(jìn)行噪聲濾除后送入A/D轉(zhuǎn)換器中，此時(shí)信號(hào)被轉(zhuǎn)換為易于傳輸、處理的電壓信號(hào)，并將其傳輸至STM32單片機(jī)中。得到的電壓信號(hào)傳入STM32單片機(jī)中與提前設(shè)定好的閾值進(jìn)行對(duì)比判斷，若判斷結(jié)果為酒精含量未超過(guò)提前設(shè)定好的閾值，則允許汽車正常啟動(dòng)。若判斷結(jié)果為酒精含量超過(guò)提前設(shè)定好的閾值，則進(jìn)一步判斷紅外傳感器的數(shù)據(jù)。

3.2 熱釋電人體紅外線傳感器

當(dāng)人體發(fā)射的紅外線照射到紅外線傳感器上，由于熱電效應(yīng)釋放電荷到外部 ，它可以被電路檢測(cè)和處理，以產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)到微控制器，單片機(jī)根據(jù)采集到的駕駛座上人員的人體溫度信息，通過(guò)放大濾波，將信號(hào)放大并由濾波器進(jìn)行噪聲濾除后送入A/D轉(zhuǎn)換器中，此時(shí)信號(hào)被轉(zhuǎn)換為易于傳輸、處理的電壓信號(hào)，并將其傳輸至STM32單片機(jī)中，上一步得到的電壓信號(hào)傳入STM32單片機(jī)中與提前設(shè)定好的閾值進(jìn)行比對(duì)判斷，若判斷結(jié)果為人體溫度未超過(guò)提前設(shè)定好的閾值 ，則說(shuō)明車內(nèi)雖有酒精含量超標(biāo)人員，但該人員并非駕駛座上的人員，允許汽車正常啟動(dòng)[4]。若判斷結(jié)果為人體溫度超過(guò)提前設(shè)定好的閾值，則說(shuō)明車內(nèi)酒精含量超標(biāo)人員為駕駛座上的駕駛?cè)藛T，此時(shí)自動(dòng)提醒裝置啟動(dòng)。

3.3 語(yǔ)音播報(bào)模塊

檢測(cè)到車內(nèi)酒精含量超標(biāo)人員為駕駛座上的駕駛?cè)藛T時(shí)單片機(jī)向Sk-sk15發(fā)送控制指令，Sk-sk15啟動(dòng)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，提醒駕駛?cè)藛T處于醉酒狀態(tài)，不宜駕駛機(jī)動(dòng)車輛，酒后請(qǐng)勿駕駛機(jī)動(dòng)車輛，請(qǐng)立即關(guān)閉油門[5]，否則系統(tǒng)將啟動(dòng)車控裝置。

3.4 汽車控制模塊

若在語(yǔ)音播報(bào)后檢測(cè)到駕駛員仍未熄滅油門則啟動(dòng)汽車控制模塊，系統(tǒng)自動(dòng)控制汽車開關(guān)電路 ，強(qiáng)行熄滅汽車油門，保證酒后人員無(wú)法啟動(dòng)汽車。

3.5 各傳感器檢測(cè)信號(hào)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊

系統(tǒng)在工作過(guò)程中， 全程啟動(dòng)各傳感器檢測(cè)信號(hào)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊 ，且該模塊安放位置不易被摧毀 ，考慮到車輛被盜取后傳感器被故意損壞或有些駕駛?cè)藛T在醉酒并受到系統(tǒng)阻止其駕駛機(jī)動(dòng)車后 ，會(huì)產(chǎn)生損毀傳感器的行為從而達(dá)到順利啟動(dòng)車輛的目的。在檢測(cè)到傳感器發(fā)生故障后，系統(tǒng)會(huì)向車主手機(jī)發(fā)送故障信息提醒車主及時(shí)維修，此外， 車輛會(huì)強(qiáng)制進(jìn)入車控裝置啟動(dòng)狀態(tài) ，禁止車輛啟動(dòng) ，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性與安全性 ，極大程度的保障了行車安全、降低了因酒駕發(fā)生交通安全事故的概率。

4 結(jié)語(yǔ)

本智能防酒駕安全控制系統(tǒng)能夠在車輛開啟后先檢測(cè)車內(nèi)酒精濃度含量，醉酒人員體溫會(huì)高于正常值，為避免誤判，會(huì)在檢測(cè)到車內(nèi)酒精濃度增高后繼續(xù)檢測(cè)駕駛?cè)藛T的人體溫度，若溫度異常則判斷為醉酒人員即為駕駛?cè)藛T，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)，在播報(bào)后若駕駛?cè)藛T仍不熄滅油門則系統(tǒng)強(qiáng)制熄滅鎖車，有效保障了駕駛?cè)藛T是未醉酒人員，預(yù)防并制止酒駕行為的發(fā)生。