引言
如今社會(huì)對(duì)酒后駕車(chē)的危害都有目共睹,，國(guó)家政府也頒布了相關(guān)懲罰條例來(lái)禁止這些行為,，比如吊銷(xiāo)駕照六個(gè)月,、扣分、罰款等等,。
目前幾乎所有國(guó)家都采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),，以確定被測(cè)量駕駛員是否飲酒。現(xiàn)在市場(chǎng)上警用酒精測(cè)試儀種類(lèi)繁多,，隨著技術(shù)的發(fā)展,，功能越來(lái)越強(qiáng)、靈敏度越來(lái)越高,，它能有效協(xié)助交警定點(diǎn)抽查駕駛員是否飲酒,，但由于抽查實(shí)施面狹窄，因此無(wú)法很好的對(duì)酒后駕車(chē)進(jìn)行控制,。
本文提出了一種酒精探測(cè)" title="酒精探測(cè)">酒精探測(cè)及安全控制系統(tǒng),，該系統(tǒng)安裝在汽車(chē)上，不用交警和其他人員就能判斷司機(jī)是否酒后駕車(chē),，以確保了司機(jī)的安全,，又減少了交警等人員的工作量。同時(shí)根據(jù)檢測(cè)到酒精含量是否超標(biāo)進(jìn)行自主判斷，能夠控制汽車(chē)點(diǎn)火器開(kāi)關(guān),，使飲酒駕駛員無(wú)法啟動(dòng)汽車(chē),。而且該系統(tǒng)成本比呼氣酒精測(cè)試儀低，實(shí)現(xiàn)和使用更加簡(jiǎn)單,、可靠,，能夠更為普遍的控制酒后駕車(chē)現(xiàn)象的發(fā)生。
1 總體方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用駕駛員主動(dòng)呼氣方法,，以判斷駕駛員是否是酒后開(kāi)車(chē),，總體方案設(shè)計(jì)如圖1 所示。該系統(tǒng)可放置在汽車(chē)儀表盤(pán)位置,，當(dāng)司機(jī)發(fā)動(dòng)汽車(chē)時(shí),，報(bào)警裝置將會(huì)響起，提醒駕駛員使用酒精探測(cè)及安全控制系統(tǒng),，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于被鎖狀態(tài),，汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)。酒精傳感器加熱后,，系統(tǒng)指示模塊綠燈亮起,，提示駕駛員呼氣。為防止駕駛員逃避檢測(cè),，設(shè)置一個(gè)話(huà)筒作為呼氣判斷裝置,。當(dāng)呼氣確認(rèn)后，單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)發(fā)送觸發(fā)信號(hào),，開(kāi)始對(duì)酒精傳感器探測(cè)的氣體信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),。由于酒精含量與酒精傳感器檢測(cè)后產(chǎn)生的電壓信號(hào)成比例關(guān)系，因而可根據(jù)電壓信號(hào)進(jìn)行酒精含量的判斷,。檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大,、檢波電路，進(jìn)行信號(hào)放大和濾波之后,，通過(guò)A/ D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),，由單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理判斷，假設(shè)酒精含量沒(méi)有超標(biāo),，指示燈亮起,，控制繼電器不起作用，汽車(chē)可以啟動(dòng),；反之,，超標(biāo)指示燈亮起，報(bào)警裝置同時(shí)響起,，說(shuō)明不能行駛,，若司機(jī)強(qiáng)行啟動(dòng),，控制繼電器切斷點(diǎn)火裝置電源，使汽車(chē)無(wú)法行駛,，從而實(shí)現(xiàn)控制酒后駕車(chē)的功能,。
2 硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)采用發(fā)射部分和接收部分獨(dú)立結(jié)構(gòu)，使得檢測(cè)和控制系統(tǒng)分離,。
2.1 發(fā)射部分
發(fā)射部分采取電池供電,，以89C2051 單片機(jī)作為控制核心，配以QM- J3 氣敏酒精傳感器,、呼氣話(huà)筒,、8 位A/ D 轉(zhuǎn)換器AD0809 以及發(fā)射模塊F04E 組成。主要功能是檢測(cè)酒精含量,，判斷其是否超標(biāo),，向接收部分發(fā)送信號(hào)。原理框圖如圖2 所示,，該部分由以下模塊組成：
2.1.1 酒精含量檢測(cè)模塊
該模塊包含酒精傳感器,、檢波、放大電路以及A/ D 轉(zhuǎn)換電路,。酒精探頭選用QM- J3 氣敏傳感器,，該元件是以復(fù)合金屬氧化物為主體材料的N 型半導(dǎo)體。呼氣時(shí),，一旦該元件接觸乙醇蒸汽,，其電導(dǎo)率隨氣體濃度增加而迅速升高，使得產(chǎn)生的電壓信號(hào)也隨之增大,。將電壓信號(hào)經(jīng)檢波,、放大電路以及A/ D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，送到單片機(jī)進(jìn)行閥值判斷,，檢測(cè)駕駛員呼出氣體中酒精含量是否超標(biāo),。
2.1.2 呼氣判斷模塊
為防止駕駛員不呼氣而導(dǎo)致酒精探傳感器無(wú)法正確檢測(cè)到駕駛員體內(nèi)真實(shí)的酒精含量而做出錯(cuò)誤判斷,，設(shè)置該模塊用以判斷駕駛員是否呼氣,。使用話(huà)筒呼氣時(shí)，話(huà)筒必產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào),，單片機(jī)判斷駕駛員呼氣,，再檢測(cè)酒精探頭送來(lái)的信號(hào)。
2.1.3 指示模塊
該模塊有紅綠黃三個(gè)指示燈,。紅燈是電源指示燈,，工作時(shí)亮；綠燈是呼氣提示燈,，酒精探頭需要一定時(shí)間加熱,，才能達(dá)到理想的靈敏度,。
加熱時(shí)間到，綠燈亮,，表示可以呼氣,；黃燈表示呼氣有效，當(dāng)黃燈不亮,，表示呼氣不充分,，直到黃燈亮，單片機(jī)才開(kāi)始檢測(cè)酒精探頭送來(lái)的信號(hào),。
2.1.4 單片機(jī)
選用51 系列的89C2051 單片機(jī)作為處理器,，用來(lái)檢測(cè)呼氣判斷信號(hào)并判斷氣體中的酒精含量，并生成相應(yīng)的信息碼發(fā)送給發(fā)射設(shè)備,。
2.1.5 發(fā)射模塊
采用成熟的F04E 發(fā)射模塊,，該模塊可以與單片機(jī)直連，將處理器給出的信息碼調(diào)制后無(wú)線(xiàn)發(fā)送給接收部分,。
2.2 接收部分
接收部分安裝于汽車(chē)上,，主要是對(duì)收到的信號(hào)碼進(jìn)行判斷，做出相應(yīng)操作,。收到錯(cuò)誤碼,，返回繼續(xù)檢測(cè)；收到超標(biāo)碼,，報(bào)警音提示,，點(diǎn)火裝置斷開(kāi)，汽車(chē)大燈亮,，喇叭響,；收到不超標(biāo)碼，發(fā)出可行駛提示音,，點(diǎn)火裝置打開(kāi),。結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示，可分為如下幾個(gè)模塊：
2.2.1 接收設(shè)備模塊
采用J04H 接收模塊,，J04H無(wú)信號(hào)時(shí)輸出為零電平狀態(tài)（無(wú)噪聲干擾） 可適合于單片機(jī)輸入端接口,，J04H 采用條狀鍍金電感及優(yōu)化電路，無(wú)需外接天線(xiàn),，接受靈敏度高采用一定的硬度的鍍金電感調(diào)整接受頻點(diǎn)比采用微調(diào)電容調(diào)頻率的接收電路性能穩(wěn)定,，J04H 具有較高的接收帶寬，與F04E 配套且基本免調(diào)試,，只要電源饋電及引線(xiàn)沒(méi)有太大的分布參數(shù)即可處于正常地接受狀態(tài),。接收模塊接收發(fā)射模塊的信號(hào)，調(diào)制后把碼送到單片機(jī),。
2.2.2 單片機(jī)
收到接收設(shè)備送來(lái)的碼,，根據(jù)不同碼進(jìn)行不同操作,。其控制工作指示燈、繼電器,、語(yǔ)音報(bào)警模塊,。
2.2.3 繼電器控制模塊
受單片機(jī)控制，相當(dāng)于開(kāi)關(guān),，控制點(diǎn)火裝置開(kāi)閉,、車(chē)燈的亮滅和喇叭的響與不響。
2.2.4 報(bào)警語(yǔ)音模塊
利用蜂鳴器作為報(bào)警器,，當(dāng)酒精含量超標(biāo)時(shí),，發(fā)出禁止行車(chē)警告音；不超標(biāo)時(shí),，發(fā)出允許行車(chē)提示音,。
通過(guò)如上設(shè)計(jì)，系統(tǒng)前端就可以把酒精傳感器檢測(cè)到的酒精含量信號(hào)經(jīng)單片機(jī)判斷后產(chǎn)生相應(yīng)的控制碼由發(fā)送模塊無(wú)線(xiàn)發(fā)送出去,。后端的接收部分可以將發(fā)射部分傳送的控制碼進(jìn)行解碼,，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)以控制汽車(chē)點(diǎn)火電路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)酒后駕車(chē)的有效控制,。
3 軟件設(shè)計(jì)
軟件部分根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)置,，也被劃分為發(fā)射與接收兩個(gè)部分，由于篇幅所限,，本文以流程圖的方式給出其主要功能,。
發(fā)射部分主程序流程圖如圖4 所示，實(shí)現(xiàn)吹氣識(shí)別,，酒精含量是否超標(biāo)判別,，生成信息碼及把信息碼發(fā)送給接收部分的功能。其中每臺(tái)設(shè)備都有唯一的40 位二進(jìn)制碼編號(hào),，將編號(hào)由低位開(kāi)始每五位放入信號(hào)碼的高五位,，后三位根據(jù)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生。這樣產(chǎn)生一組八個(gè)八位帶校驗(yàn)位的信息碼,。由于每臺(tái)設(shè)備的編號(hào)都不同,，因此這臺(tái)的發(fā)射器用在其他任何一臺(tái)接收器上都不能讓汽車(chē)發(fā)動(dòng)，從而起到電子鑰匙作用,。
如圖5 為接收部分的主程序流圖,。其功能為實(shí)現(xiàn)接收信息,，其中信息碼的接收是采用一次接收8個(gè)信息碼,，接收完畢后判斷8 個(gè)信息碼的校驗(yàn)位是否正確。如果正確,，則根據(jù)最后一個(gè)信息碼與超標(biāo)碼比較判斷是否超標(biāo),。否則,，返回重新接收。當(dāng)校驗(yàn)位正確且與超標(biāo)碼相同時(shí),，執(zhí)行超標(biāo)操作,，即報(bào)警裝置響起且控制繼電器切斷點(diǎn)火裝置電源；反之,，與不超標(biāo)碼進(jìn)行比較判斷,，若相同，則執(zhí)行不超標(biāo)控制,，汽車(chē)可以啟動(dòng),，若不相同，則返回重新接收信息,。
4 結(jié)語(yǔ)
車(chē)載" title="車(chē)載">車(chē)載酒精探測(cè)及安全控制系統(tǒng)是為預(yù)防交通事故發(fā)生情況而設(shè)計(jì)的,。本文通過(guò)對(duì)各模塊功能及軟件工作流程的闡述，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹,。由于本系統(tǒng)發(fā)射部分很小,，并與接收部分分離，可隨身攜帶,，不需任何復(fù)雜操作,； 同時(shí)接收部分安裝在汽車(chē)上，不易卸載,，因此對(duì)預(yù)防酒后駕車(chē)具有很好的效果,，在實(shí)際應(yīng)用中具有很好的推廣價(jià)值。