酒精检测及汽车安全启动控制系统的设计研究

    陈巨龙 孟唯娟

    摘 要：对驾驶员酒精进行主动检测并据此是否允许汽车发动机启动是有效减少交通事故的一个重要举措，本文对酒精检测及汽车安全启动控制系统进行了研究，基于单片机对该系统进行了硬件设计和软件设计，旨在对驾驶员呼气酒精含量进行检测，并对相关技术问题进行探讨和研究。

    关键词：单片机；酒精检测；汽车安全启动；控制系统；设计

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.139

    1 引言

    据统计全国车辆交通事故中约有55%以上的比例是由酒后驾车引起的，因此对于酒后驾车的预防和控制成为了世界各国所关注和研究的重要问题，目前最为普遍采用的是现场呼气酒精测试来确定驾驶员是否酒驾，但是这种方法由于交警人力有限使得其覆盖面相对较窄，无法从根本上控制酒后驾车行为，基于此，本文基于单片机设计了一种能够对车辆驾驶员自动进行酒精检测并根据检测结果来确定是否启动汽车的控制系统，如果驾驶员酒精检测超标，则拒绝汽车启动，这样就能够主动地较好地控制和预防酒后驾车行为。

    2 系统总体设计方案

    系统主动对汽车驾驶员的呼吸气体成分进行检测，根据酒精含量检测结果判断驾驶员是否属于酒后驾车，系统置于汽车驾驶员控制台前面，当驾驶员试图发动汽车时，系统预设的警报系统启动，提醒驾驶员只有主动进行酒精检测并通过后才能启动汽车，这时汽车发动机处于锁死状态。系统的酒精传感器被激活工作，并提示驾驶员主动呼气，为了避免驾驶员恶意的逃避检测行为，设置一个正常呼气判断装置，当系统检测到驾驶员的呼气行为后，由单片机向系统发送一个触发信号，系统即开始对驾驶员的呼出气体进行检测。由于酒精含量与传感器检测电压具有一定的比例关系，所以可以根据电压数据来对驾驶员的酒精含量进行判断，在对检测信号进行处理后通过电路将其转化为数字信号，然后由单片机进行判断，如果超标则拒绝启动发动机，如果不超标，则正常启动。

    3 系统硬件设计

    3.1 检测系统硬件设计

    检测系统采用蓄电池作为动力源，以89C单片机作为控制中心，同时辅之以酒精传感器、呼气接收机、A/D转换器，其主要功能是检测驾驶员的酒精含量并向控制系统发出信号。

    3.1.1 酒精检测模块的硬件设计

    这部分的硬件主要包括酒精传感器、检波器、放大电路、A/D转换电路等，采用气敏酒精传感器，这种传感器一旦接触酒精气体，其电导率在短时间内迅速升高，产生的电压信号经过检波器、放大电路和转换电路转化为相应的数字信号，并将数字信号传送到单片机，单片机据此判断驾驶员是否属于酒驾。

    3.1.2 呼气行为判断模块的硬件设计

    为了有效防止驾驶员恶意的不呼气或者呼气姿势不正确等行为所造成的检测不准确等事件，设置此模块来对驾驶员的呼气行为进行判断，正常的呼气行为在该模块中产生一个有效的脉冲信号，据此来接收酒精检测模块发送来的数据。

    3.1.3 指示灯设计

    设置红黄绿三个不同颜色的指示灯，红灯表示系统供电正常，黄灯表示驾驶员呼气行为正常有效，绿灯是呼气提示灯，绿灯亮起表示系统准备完成，驾驶员可以正常呼气，黄灯亮起驾驶员呼气有效时单片机才开始接收酒精检测模块发送来的信号。

    3.1.4 单片机

    选用89C系统的单片机作为系统的控制中心，对呼气信号进行检测判断，并根据判断结果向相关设备和控制装置发送命令信号。

    3.2 控制系统硬件设计

    控制系统对接收到的来自检测系统的信号进行判断并据此进行相关操作，收到错误信息返回要求驾驶员继续呼气进行检测；收到酒精含量超标信息，拉响警报，拒绝启动发动机，汽车危险报警闪光灯亮起；收到酒精含量不超标的信息，允许驾驶员继续启动发动机。

    控制系统的硬件组成主要包括信号接收设备、单片机、继电器控制器以及语音报警装置。采用j04h作为信号接收模块，在没有信号时该设备无噪声干扰，不需要额外增设天线，接收来自检测系统的信号并将其调制解码后发送给单片机；单片机根据接收到的调制解码信号，控制继电器、语音装置和工作指示灯工作；继电器在单片机的控制下控制汽车发动机的点火装置，车灯的亮灭；语音报警装置在驾驶员酒精含量超标时发出蜂鸣声禁止发动机启动，不超标时提示可以正常启动。

    4 系统软件设计

    系统的软件部分像硬件部分一样也分为检测系统和控制系统两部分，限于篇幅本文只给出两个系统的功能流程。

    检测部分实现驾驶员呼气酒精检测，对酒精含量是否超标进行判断识别，并生成相应的信息码以发送到相关的接收装置和控制装置，系统中的每台设备都有唯一的编号，编号由固定部分和检测结果部分随机生成，这样就对酒精检测结果起到一个电子鑰匙的加密作用，保证了系统的安全性。

    控制部分实现对检测部分的检测信息进行接收并作出相关操作的功能，对于接收的信号能够自动判别真伪，如果不合格则自动返回重新进行检测，当接收到酒精含量超标的信号后触发报警装置并拒绝启动发动机，反之则启动发动机。

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    作者简介：陈巨龙（1994-），男，山东菏泽人，学士，研究方向：印刷工程。