常留學(xué)，黃志成

基于Arduino的車輛防酒駕系統(tǒng)設(shè)計(jì)

常留學(xué)，黃志成

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140）

交通事故是國民生活關(guān)注的焦點(diǎn)，其中酒駕造成的交通事故更是重中之重。然而由于目前酒駕查處只能在關(guān)鍵路段進(jìn)行，無法全方位覆蓋。因此迫切需要研發(fā)一種車輛防酒駕系統(tǒng)，從根源上控制由于酒駕產(chǎn)生的交通事故。文章以防酒駕智能系統(tǒng)為研究對象，首先進(jìn)行了控制方案的選擇，并利用Fritzing軟件進(jìn)行了電路的搭建，然后借助Arduino軟件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的編寫和調(diào)試。最后對完成的設(shè)計(jì)進(jìn)行了試驗(yàn)，證明了該系統(tǒng)的靈敏性和可靠性，有效預(yù)防酒駕、減少交通事故。

防酒駕；交通安全；Arduino

前言

由于汽車保有量的增加，交通事故也不斷增加，而其中由于酒駕造成交通事故占有很大比例。但是由于目前各種因素，目前還沒有一種能夠從根本上防止酒駕的有效方法?；诖?，文章提出在交通工具上安裝防酒駕系統(tǒng)，降低酒駕事件發(fā)生。

1 課題意義

隨著社會科技水平與生活水平的提高，人民安全意識的增強(qiáng)，伴隨著智能化與汽車的普及，人們對出行的安全度越來越重視。因此，智能防酒駕系統(tǒng)具有非常廣闊前景與市場。并且當(dāng)今社會并沒有車輛裝有防酒駕系統(tǒng)，而且各個(gè)國家都是采用了檢測呼吸中酒精濃度的方法，來檢測司機(jī)體內(nèi)酒精濃度。然而無法保證檢測前酒駕人的交通行為。通過本設(shè)計(jì)，不僅幫助交通部門減少工作量，徹底杜絕酒駕違法行為，還提高了行人出行安全，保障了生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 方案的確立

系統(tǒng)完成之前，首先要做的工作是對方案的確立，根據(jù)實(shí)際情況與系統(tǒng)的可行性對方案進(jìn)行確定。通過比較選擇如圖1所示方案最適合本系統(tǒng)。

圖1 方案一圖解

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及電路搭建

本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的防酒駕系統(tǒng)，以Arduino單片機(jī)和MQ-3酒精濃度傳感器為核心，脈搏傳感器為修正信號的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。本套系統(tǒng)具有顯示與報(bào)警功能，利用單片機(jī)對各傳感器輸出信號進(jìn)行檢測處理后，將結(jié)果呈現(xiàn)到顯示裝置上。本裝置的單片機(jī)內(nèi)錄入的酒精濃度，可以根據(jù)法律的改變而進(jìn)行更新保存，保證系統(tǒng)內(nèi)容就有更新性。

3.1 硬件選擇

經(jīng)過比較篩選，本系統(tǒng)選用了arduino單片機(jī)（如圖2），因?yàn)閍rduino單片機(jī)內(nèi)部鑲嵌著品質(zhì)極高Flash程序存儲器，對于所錄入的程序可以便捷的擦除與程序的重新編寫錄入，并且支持ISP與AP的連接，由此更加便利本系統(tǒng)在前期的調(diào)研與開發(fā)，還便利于后期的更新。

圖2 arduino單片機(jī)

在確定單片機(jī)后，需要再次對酒精傳感器進(jìn)行選擇確定。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，MQ-3酒精傳感器（如圖3）非常符合系統(tǒng)要求。這種傳感器屬于半導(dǎo)體氣體傳感器，在正常使用的狀態(tài)下，傳感器的電壓會隨著所測量酒精濃度的增加而增加，并且還能把所測量的酒精濃度輸出。此類傳感器的使用壽命較長，靈敏度高，而且穩(wěn)定性也很好，非常適合本裝置。

圖3 MQ-3酒精濃度傳感器

本系統(tǒng)需要對心跳次數(shù)進(jìn)行檢測，在選用的脈搏傳感器中，其模塊直接兼容Arduino主控器，自帶Gravity 3-Pin接口，即插即用，使用非常便利。傳感器采用PPG光電容積脈搏波描記法，測量心率。這是一種低成本光學(xué)技術(shù)，通過檢測皮下毛細(xì)血管內(nèi)的血氧量變化量來檢測對應(yīng)的人體心率。本系統(tǒng)選用的傳感器（如圖4）擁有響應(yīng)性快，性能穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

圖4 脈搏傳感器

3.2 控制系電路搭建

在進(jìn)行硬件型號選擇之后，有必要將所選擇的硬件按照控制理念進(jìn)行電路搭建，從而可以在實(shí)物連接之前發(fā)現(xiàn)問題?；诖?，本文利用Fritzing軟件進(jìn)行了電路搭建，搭建結(jié)果如圖5所示：

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)編程部分，采用了Arduino語言設(shè)計(jì)，傳感器部分采用模塊化設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)層次更加分明，功能更加強(qiáng)大，便于調(diào)試。系統(tǒng)如此編排便利了后期的功能擴(kuò)充與更新，具有操作便利性。系統(tǒng)對MQ-3酒精傳感器、脈搏傳感器所測量的信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將測得的酒精濃度值與法律規(guī)定的酒駕體內(nèi)酒精標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，然后對體內(nèi)的酒精濃度進(jìn)行判斷飲酒程度，并對于體內(nèi)含有不同程度酒精的司機(jī)，進(jìn)行不同等級的劃分顯示。

圖6 信息采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

本項(xiàng)防酒駕系統(tǒng)中整體運(yùn)行步驟如圖6所示。首先MQ-3酒精傳感器檢測人體呼吸中酒精含量，然后將檢測的信號，轉(zhuǎn)換成不同電壓的電信號輸出到單片機(jī)中，接著通過A/D轉(zhuǎn)換后與之前設(shè)定的酒駕標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，并且通過顯示與報(bào)警系統(tǒng)來提醒駕駛?cè)藛T。

5 實(shí)例運(yùn)行

圖7 各項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)

通過對硬件的選擇與軟件的編寫，本裝置基本完成。但是還需要對系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)試。在通過調(diào)試以后系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。系統(tǒng)首先對酒精濃度進(jìn)行檢測，若檢測結(jié)果正常則車輛正常啟動(dòng)。若檢測結(jié)果超標(biāo)，需對心跳進(jìn)行檢測。若心跳正常，車輛正常啟動(dòng)，若心跳值超過標(biāo)準(zhǔn)值（如圖7），系統(tǒng)對車輛噴油泵電機(jī)進(jìn)行控制，使汽車無法正常啟動(dòng)并且系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。

6 結(jié)語

本系統(tǒng)通過對車內(nèi)酒精濃度進(jìn)行檢測，若濃度在正常范圍內(nèi)，則車輛可以正常啟動(dòng)。若檢測酒精濃度高于標(biāo)定值，下一步進(jìn)行檢測駕駛員脈搏數(shù)，若檢測結(jié)果正常則車輛可以正常啟動(dòng)。但是若檢測到的結(jié)果，駕駛員脈搏值高于標(biāo)定值，系統(tǒng)將控制噴油泵電機(jī)斷電，車輛依然不能夠啟動(dòng)。系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中可以靈敏的檢測出駕駛員狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)在超過標(biāo)準(zhǔn)值的情況下發(fā)出警報(bào)。在很大程度上減少了酒駕情況的發(fā)生，最大程度降低了酒駕事故的發(fā)生。

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Desin of anti alcohol driving system based on Arduino

Chang Liuxue, Huang Zhicheng

( School of Mechatronic Engineering, Xuzhou College of Industrial Technology, Jiangsu Xuzhou 221140 )

Traffic accidents are the focus of people's life, especially those caused by drunk driving. However, at present, drunk driving investigation and punishment can only be carried out in key sections, and can not be covered in all directions. Therefore, there is an urgent need to develop a vehicle anti-alcohol driving system to control traffic accidents caused by drunk driving from the root. Taking the intelligent system of anti-drunk driving as the research object, this paper firstly chooses the control scheme, builds the circuit with Fritzing software, and then compiles and debugs the driver program with Arduino software. Finally, the test of the completed design proves the sensitivity and reliability of the system, which can effectively prevent drunk driving and reduce traffic accidents.

Anti- alcohol driving system; Traffic safety; Arduino

TK464

B

1671-7988(2019)24-130-03

TK464

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.042

常留學(xué)（1981-），講師，研究生，汽車檢測專業(yè)帶頭人，就職于徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要研究方向：車輛故障檢測。