司開(kāi)心 丁銀鵬 華北水利水電大學(xué)電力學(xué)院 畢春陽(yáng) 華北水利水電大學(xué)物理與電子學(xué)院

引言

交通事故已經(jīng)成為了造成意外傷害的一大緣由，同時(shí)隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，車載系統(tǒng)的各種安全裝備也成為人們研究的方向。隨著汽車的普及以及價(jià)格波動(dòng)范圍大，汽車盜竊案件越來(lái)越多。而國(guó)內(nèi)只能依靠交警采用酒精測(cè)試儀的方法來(lái)檢測(cè)駕駛員是否醉駕，酒駕事故依舊頻頻發(fā)生。該方面的研究?jī)H處于理論階段并且市場(chǎng)空白。因此，該類型產(chǎn)品在我國(guó)具有廣泛的前景和應(yīng)用市場(chǎng)。

基于現(xiàn)況，我們研發(fā)了這款一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置。

1 研究?jī)?nèi)容

一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置基于STM32單片機(jī)作為此裝置的中央主控，結(jié)合酒精檢測(cè)模塊，指紋模塊，心率檢測(cè)裝置，壓力傳感器，繼電器控制模塊，采集和處理駕駛員的信息，以做到防酒駕，醉駕，盜駕的功能，有效地保障生命財(cái)產(chǎn)安全。主要功能有：

(1)通過(guò)MQ-3，單通閥及其他外圍裝置，快速準(zhǔn)確測(cè)量呼吸中的酒精含量，過(guò)高則切斷點(diǎn)火裝置電源，達(dá)到防酒駕的目的。

(2)對(duì)駕駛員心率的快速采集，顯示出來(lái)，并且據(jù)此判斷，從而防毒駕。

(3)錄入駕駛員指紋信息，與信息庫(kù)做對(duì)比，防止盜竊車輛，非?？旖輰?shí)用的保障財(cái)產(chǎn)安全。

2 研究方案

由于該一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置充分發(fā)揮電路設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，集成優(yōu)勢(shì)明顯，深入生活，發(fā)揮很多重要功能，由此不免需多個(gè)模塊聯(lián)合，硬件支持。硬件大致分為信號(hào)采集，信號(hào)處理，信號(hào)反饋三方面，其中由酒精濃度檢測(cè)裝置，心率檢測(cè)裝置，指紋采集裝置完成信號(hào)采集部分，系統(tǒng)“大腦”單片機(jī)通過(guò)對(duì)酒精濃度判斷、指紋信息與指紋庫(kù)匹配情況、心率情況的判斷，在OLED顯示屏上顯示測(cè)得信息，在繼電器等的配合下最終完成對(duì)汽車的打火工作。

2.1 電源供電模塊

本設(shè)計(jì)采用可調(diào)降壓，4.8～5.5V電源輸入，經(jīng)過(guò)一個(gè)起穩(wěn)壓作用的三端穩(wěn)壓集成電路查詢LM7805電路后，為單片機(jī)最小系統(tǒng)、傳感器模塊、指示燈、OLED顯示模塊及繼電器模塊提供電源輸出。

2.2 信號(hào)采集部分

2.2.1 駕駛員指紋采集硬件

本模塊主要采用的是光學(xué)式指紋模塊，用于采集駕駛?cè)藛T信息并與所錄入的指紋庫(kù)做對(duì)比，包括“感知手指”、“圖像拍照”“質(zhì)量判斷與自動(dòng)調(diào)整”三個(gè)主要過(guò)程。

2.2.2 心率檢測(cè)模塊

當(dāng)人們喝酒以后，在酒精的作用下，人們的血液循環(huán)會(huì)加快，因此，心率測(cè)量也是測(cè)試一個(gè)人是否醉駕的關(guān)鍵因素。心率測(cè)量?jī)x在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。為了提高心率測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)便性和精確度，我們的一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置采用的是一種基于STM32為核心的心率指尖紅外測(cè)量模塊。光電心率測(cè)量模塊是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測(cè)心率跳動(dòng)的紅外光變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)變化，進(jìn)而把測(cè)得的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控處理。

2.2.3 單通閥及氣壓及傳感器模塊

加入氣壓傳感器，以此判斷駕駛員是否吹氣判斷是否要進(jìn)一步進(jìn)行酒精檢測(cè)，保證系統(tǒng)的連貫性和實(shí)時(shí)性。

2.2.4 酒精濃度檢測(cè)模塊

一般的酒精檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，都是以血液中酒精含量作為判斷標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，MQ-3呼吸式酒精檢測(cè)方法涉及到呼氣中酒精含量與血液中的酒精含量的數(shù)量換算標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)我國(guó)的國(guó)家公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可得出當(dāng)駕駛員的氣體內(nèi)，酒精含量大于20mg/100ml、小于80mg/100ml的，其行為構(gòu)成飲酒駕車。當(dāng)駕駛員呼出氣體中，酒精含量大于等于80mg/100ml的，構(gòu)成醉酒駕車。

2.3 主控電路

STM32F103R8T6是ST旗下的一款常用的增強(qiáng)型系列微控制器，適用于：電力電子系統(tǒng)方面的應(yīng)用、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用控制、醫(yī)療、手持設(shè)備、PC游戲外設(shè)、GPS平臺(tái)、編程控制器（PLC）、變頻器、掃描儀、打印機(jī)、警報(bào)系統(tǒng)、視頻對(duì)講、暖氣通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)、LED 條屏控制。

2.4 信號(hào)處理

2.4.1 繼電器控制電路

繼電器模塊主要由繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路組成。其作用是，根據(jù)單片機(jī)輸出的信號(hào)接通汽車發(fā)動(dòng)機(jī)打火裝置；或者是切換到檢測(cè)結(jié)果處于非正常狀態(tài)的報(bào)警燈，從而阻止汽車發(fā)動(dòng)機(jī)打火裝置啟動(dòng)。從單片機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)三極管放大電路后，連接到繼電器的信號(hào)輸入引腳，完成對(duì)繼電器的控制作用。

2.4.2 指示燈電路

指示燈電路有紅綠兩個(gè)指示燈，紅燈亮，表示不能行車。綠燈亮，表示可以行車

2.4.3 顯示電路

采用OLED顯示屏，輸出顯示駕駛員心率值，指紋和酒精濃度是否通過(guò)，把單片機(jī)計(jì)算得出的結(jié)果用OLED數(shù)碼顯示屏來(lái)顯示，便于車主直接明了的看到自己的檢測(cè)結(jié)果。

2.4.4 系統(tǒng)電路板

選擇合適的模塊酒精檢測(cè)模塊，指紋模塊，心率檢測(cè)裝置，繼電器控制模塊，選擇MQ-3氣敏電阻式的酒精檢測(cè)模塊，以更高精度對(duì)酒精濃度進(jìn)行檢測(cè)。

設(shè)計(jì)制作整個(gè)系統(tǒng)的電路板，包括各元器件，模塊的焊接組裝，最終進(jìn)行整體調(diào)試安裝，并改進(jìn)完善。

3 研究結(jié)果

根據(jù)研究方案，最終設(shè)計(jì)出我們的第二代產(chǎn)品，本產(chǎn)品可以很好的滿足市場(chǎng)的需求，經(jīng)過(guò)測(cè)試，使用過(guò)程中的數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，各種誤差限定在極小的范圍內(nèi)。相比于第一代產(chǎn)品而言，第二代產(chǎn)品的功能更為強(qiáng)大，系統(tǒng)邏輯性更為嚴(yán)謹(jǐn)，約束性更強(qiáng)，體積更為小巧，使用更為方便快捷。

圖2 一體化車載防酒駕防毒駕防盜裝置