馬圣乾，王齡輝，曾凡宗

(泰山學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，山東 泰安 271021)

1 引言

近年，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車逐漸走進(jìn)千家萬戶.但隨之而來的醉酒駕駛成為困擾人們心頭的一個大問題，每天都有車禍在發(fā)生，使人們生命安全和財產(chǎn)受到極大威脅，并因此造成巨大浪費和無可挽回的巨大損失，而很多的車禍又是由于醉酒駕駛引起的，醉酒駕駛會引起:(1)觸覺能力降低.飲酒后駕車，由于酒精的麻醉作用，人的手、腳的觸覺較平時降低，往往無法正常控制油門、剎車及方向盤.(2)判斷能力和操作能力降低.飲酒后，對光、聲刺激反應(yīng)時間延長，本能反射動作的時間也相應(yīng)延長，感覺器官和運動器官，如眼、手、腳之間的配合功能發(fā)生障礙.因此，無法正確判斷距離、速度.(3)視覺障礙.飲酒后可使視力暫時受損，視像不穩(wěn)，辨色能力下降，因此不能發(fā)現(xiàn)和正確領(lǐng)會交通信號、標(biāo)志和標(biāo)線.同時飲酒后視野大大減小，視像模糊，眼睛只盯著前方目標(biāo)，對處于視野邊緣的危險隱患難以發(fā)現(xiàn)，易發(fā)生事故.(4)心理變態(tài).在酒精的刺激下，人有時會過高地估計自己，對周圍人的勸告常不予理睬，往往干出一些力不從心的事.(5)疲勞.飲酒后易困倦，表現(xiàn)為行駛不規(guī)律，空間視覺差等疲勞駕駛的行為.

目前，對酒駕的檢測和判斷，只是停留在交警用酒精檢測儀通過哈氣的方式，這種檢測比較費時費力，有時還不是十分準(zhǔn)確，要有很可靠的判斷需要到醫(yī)院抽血化驗等，需要時間比較長，況且并不是每個交警都能夠把每一位喝酒駕駛的駕駛員都能查到，有很大的局限性.鑒于這種狀況，我們通過查讀文獻(xiàn)，設(shè)計防酒駕智能檢測器.首先，它安裝在駕駛室內(nèi)部，有很強(qiáng)的針對性和可靠性;其次，是能夠通過檢測駕駛室內(nèi)的酒精濃度和對駕駛員心率變化等因素綜合檢測;最后，可以時時處處實現(xiàn)對駕駛員狀態(tài)的監(jiān)控，并作出即時處理.當(dāng)然也可以對有心臟病或者年齡比較大的駕駛員的健康進(jìn)行監(jiān)控.

2 系統(tǒng)的構(gòu)成

系統(tǒng)組成由正負(fù)12V穩(wěn)壓電源，酒精傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，電源鎖閉電路，方向盤式心率計等組成，本設(shè)計包括了由LM7812，KA7912，LM7805芯片組成的穩(wěn)壓電源，由ADC0809和89C51或89C52芯片控制的酒精濃度感應(yīng)和心率計;穩(wěn)壓電源部分主要是為了提供一個穩(wěn)定的能提供+12V，－12V，+5V的直流電壓源.酒精感應(yīng)部分主要采用了氣敏傳感技術(shù)，通過功率放大，完成對酒精濃度測試的功能.在氣敏傳感器感應(yīng)到了酒精濃度超標(biāo)時，將電信號轉(zhuǎn)變成音頻信號輸出，心率指標(biāo)信號輸出與閾值比較超標(biāo)時，用繼電器鎖閉汽車的點火系統(tǒng).它們之間的關(guān)系如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

系統(tǒng)所用AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS－51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元［5］.其主要特性為:與MCS－51兼容，4K字節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命為1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可保留10年時間，全靜態(tài)工作0Hz－24MHz，三級程序存儲器鎖定，128×8位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路.系統(tǒng)內(nèi)的酒精傳感器選擇的型號為TP－3，它是呼出酒精測試儀，該敏感元件由納米級SnO2及適當(dāng)摻雜混合劑燒結(jié)而成，具微珠式結(jié)構(gòu)，應(yīng)用電路簡單，可將電阻變化改變?yōu)橐粋€輸出信號，與酒精濃度相對應(yīng).TP－3型傳感器對空氣中的低濃度酒精有極高的靈敏度.采用微處理程序及專門軟件來處理傳感器的控制信號.其特點有快速響應(yīng)(≤5S)恢復(fù)(≤10S);優(yōu)異的穩(wěn)定性/長壽命;功耗低(≤360mW)、微型化設(shè)計溫濕度影響小等(參看表1).還選擇了美國Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20.它是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板(ON－BOARD)專利技術(shù).全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi).一線總線獨特而且經(jīng)濟(jì)的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念.溫度范圍－55℃～+125℃，在－10～+85℃時精度為±0.5℃，可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現(xiàn)高精度測溫.

表1 TP－3傳感器的特點

3 系統(tǒng)的設(shè)計

針對在系統(tǒng)設(shè)計和制作過程中遇到的問題，通過集思廣益，使測量更加實用、準(zhǔn)確，從眾多的設(shè)計方案中對下列幾種方案形成共識，并在實際中得以充實完善，首先設(shè)計出了酒精檢測器的電路(如圖2)，在細(xì)節(jié)上考慮得更加貼近實際，測量更加準(zhǔn)確，系統(tǒng)運行更加成熟，特別遴選出以下幾種設(shè)計思路.

圖2 酒精檢測器原理圖

設(shè)計思路一:由于汽車空間較大，喝酒人進(jìn)入駕駛室后，其酒精分子彌漫整個空間，給測量帶來了困難.針對這種情況，設(shè)計的思路是在駕駛室內(nèi)進(jìn)行多點測量，即在駕駛室內(nèi)部裝設(shè)多處測量點，然后根據(jù)測得的結(jié)果進(jìn)行比較，通過比較可以確定酒精分子濃度高的位置是否是駕駛員的位置，如果是馬上切斷電源，關(guān)閉汽車的啟動裝置，讓汽車無法行駛.

設(shè)計思路二:針對設(shè)計思路一必須多點測量和檢測，需要對這些信息對比分析，主要用來區(qū)分是否是駕駛員位置的酒精濃度高，顯然誤差較大，要求設(shè)備的靈敏度要高，隨著時間的延長，酒精在擴(kuò)散，而車內(nèi)探頭的增多，使該檢測器的成本增加，同時影響車的美容，我們的思路是在駕駛員位置安裝一個自動的封閉系統(tǒng)，只要打開車門，該系統(tǒng)將駕駛室完全罩起，即使坐車的人喝了酒，也不會影響到駕駛室內(nèi)部的酒精濃度，使測量更準(zhǔn)確，動作更可靠.待搜集完數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)的情況，由單片機(jī)發(fā)出指令，關(guān)閉自動封閉系統(tǒng)，打開汽車的點火系統(tǒng)［1－4］;如果收集的數(shù)據(jù)不合理，則關(guān)閉汽車的點火系統(tǒng)(如圖3).

圖3 系統(tǒng)檢測圖

設(shè)計思路三:結(jié)合上面兩種思路，剛上車采用思路二進(jìn)行檢測，能夠確保第一時間對駕駛員進(jìn)行檢測，根據(jù)具體情況依據(jù)圖2進(jìn)行判斷，把酒駕消除在萌芽狀態(tài)，在行駛途中采用思路一不定時隨機(jī)檢測，如果發(fā)現(xiàn)異常，能夠在第一時間將車輛通過報警聲音提示司機(jī)把車靠在路邊，幾分鐘后自動關(guān)閉系統(tǒng)工作，將車鎖定，這樣把存在的弊端就在無形中消除.既能防止測量的不準(zhǔn)確，又能杜絕半路換司機(jī)的情況出現(xiàn)，對酒駕能夠起到控制和消除的作用，讓酒駕不再發(fā)生.

4 總結(jié)

對于酒駕查處，雖然力度、頻度都比較大，也使酒駕迅速減少，但是交警通常采用在路邊“守株待兔”的方式，這種方式比較辛苦，況且有的車輛不經(jīng)過檢查地點，就逃脫了檢查和處罰.設(shè)計檢測器使監(jiān)測變的方便，并且讓醉酒的駕駛員不能發(fā)動汽車，從而減少了醉酒駕駛的可能性，同時大大減少了交通事故的發(fā)生，較好地保護(hù)了人民的生命和財產(chǎn)安全.

［1］陳新亞.汽車為什么會“跑”，圖解汽車結(jié)構(gòu)與原理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］吳基安.汽車電氣電子工程師手冊［M］.黑龍江:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

［3］王囤.現(xiàn)代汽車點火系統(tǒng)——電子點火與微機(jī)控制點火［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1997.

［4］麻友良.汽車點火系統(tǒng)原理與故障檢修實例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［5］趙佩華.單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.