酒驾报警仪的设计

孙玉生 付强 于茜 王宇阳 武传胜

【摘要】随着城市交通规模的发展和扩大，醉酒驾车和酒后交通事故越来越受到社会各界的关注。酒后驾驶发生交通肇事，不仅给国家造成巨大经济损失、给受害人和驾车人双方家庭造成家破人亡的悲剧，而且严重影响交通破坏社会和谐。

【关键词】红外光；酒精检测器；光谱分析仪

一 前言

酒后驾车造成交通事故不计其数，带来很大危害。各国都在采取各种方法来解决这个问题，但最终没有找到一个很好的解决方法。美、日等国的研究表明，血液中酒精浓度为0.03%、0.09%、0.15%时，驾驶能力分别可下10%、25%、30%。饮酒可致驾驶员视觉功能、触觉敏感度、判断能力、注意力等下降，从而致交通事故的发生。而醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100mL的驾驶行为。

2 车内酒精测试系统组成

整个产品由红外光发射、接收器，压力传感器，频谱分析仪，光电转换器，控制器和警示灯组成。频谱分析仪分析酒精含量，光电转换器将接收到的光信号转换为电信号，电信号输入到控制系统，控制系统控制制动和警示灯，车的前后分别安装有两个警示灯，前后的警示灯可以提示该车的前、后车司机，该车是否为酒后司机驾驶，同时两个警示灯还可被路边电子摄像头拍摄，类似于摄像头拍摄超速行驶车辆一样，可作为开出罚单的依据。

前端由红外线发射端和接收端组成，红外光发射端和接收端安装在车的驾驶座的上方，能使发出的红外光照射到司机。当司机坐到驾驶座上时，压力传感器受到压力的作用，启动整个系统；安装在驾驶座上方的红外线发射端将发出红外光，发射出的红外光照射到司机的皮肤上，经过皮肤的吸收、反射之后，由接收端接收由皮肤反射回来的红外光，接收到的反射光将传入频谱分析仪；频谱分析仪根据反射红外光的频谱情况，对比分析反射光的频谱组成，将光信号输入到光电信号转换仪中；光电信号转换器将光信号转换成电信号，电信号输入到控制系统；控制系统将根据由光电转换器输入的电信号强弱，选择发出控制系统中的指令。控制系统中的指令包括：警示灯不亮、汽车不制动；警示灯亮、汽车不制动；警示灯亮、汽车制动。

整个系统的启动依靠设在座椅上的压力传感器来控制，当压力传感器受到一定的压力时，控制开关接通电源，整个系统的电路电源接通，红外光发射端发出红外光，红外光经过皮肤的吸收、反射之后由接收端接收反射回来的红外光。

频谱分析仪根据普通人和饮酒后人的皮肤吸收红外光中各频段光的量不同而制成。红外光的发射端发出各个频段光量相等的红外光，接收端接收皮肤反射回来的红外光，输入到频谱分析仪，频谱分析仪分析接收到的各个频谱段的光量，根据接收到的各个频段的光量情况，分析被检测人的饮酒量，将分析后的信号输入给光电信号转换器。而饮酒后人体的皮肤吸收某个频段的光量情况，根据实验分析饮酒量和吸收该频段光量的比例来确定，通过实验形成数据库，通过数据库找到饮酒量与皮肤吸收各频段的光量的比例关系，通过比例关系形成频谱分析仪中的分析程序。从而根据饮酒量的多少转换成了光信号。

光电转换器主要是将由频谱分析仪分析之后的光信号转换成电信号。光电转换器根据频谱分析仪分析出来的司机皮肤中的酒精含量，输出大小不一样的电信号。输出的电信号输入到控制系统中。

控制系统由逻辑组合电路组成，当输入的电信号小于或等于设定的普通人的电信号时，警示灯不亮、汽车不制动；当输入的电信号大于普通人而小于醉酒者的电信号时，警示灯亮、汽车不制动；当输入的电信号大于或等于醉酒者的电信号时，警示灯亮、汽车制动。这样就能控制了醉酒驾驶者，并且能够给别人提示，自己身边的车辆是否是酒后司机驾驶，给别人有了一定的主动性。同时也比较的人性化，有些人虽然喝了一些酒但还没喝醉，还能够驾驶车辆的，我们给他们打上了标示，以便交通警察开出罚单和邻近酒后司机驾驶车辆的司机的自主性，同时还给过马路的行人一个提醒，在酒后司机驾驶的车辆行驶在路上时，是否选择过马路。

警示灯的颜色我们会选择颜色比较鲜艳，能够在远距离、雨天和浓雾天气中不影响到观察。比如黄色等。并且灯光我们会采用闪烁式的，那样更能引起人们的注意，起到提醒的作用。警示灯安装的时候应该选择在前后车牌的附近，那样路边电子摄像头拍摄到警示灯亮时也能拍摄到车牌号码。

3 车内酒精测试仪器选择

本论文中我们选择的是傅立叶变换红外光谱仪，傅立叶变换红外光谱仪是二十世纪七十年代问世的，属于第三代红外光谱仪，它是基于光相干涉原理而设计的干涉型红外光谱仪。傅立叶变换红外光谱仪具有扫描速度快，光通量大，分辨率高，测定光谱范围宽，适合各种联机等优点。

傅立叶变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源、干涉仪、检测器、计算机和记录仪等组成。其核心部分是迈克尔逊干涉仪（见图1）。它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行傅立叶变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。干涉仪由定镜、动镜、分束器和探测器组成，其中分束器（简称 BS）是核心部分。分束器的作用是使进入干涉仪中的光，一半透射到动镜上，一半反射到定镜上，又返回到 BS 上，形成干涉光后送到样品上。不同红外光谱范围所用的 BS 不同。

傅立叶变换红外光谱仪通常使用的光源是能斯特灯、硅碳棒或涂有稀土化合物的镍铬旋状灯丝；检测器多使用热释电检测器和碲镉汞检测器；红外谱图的记录、处理一般都是在计算机上进行的。目前国内外都有比较好的工作软件，如美国 PE 公司的spectrum v3.01，它可以在软件上直接进行扫描操作，可以对红外谱图进行优化、保存、比较、打印等。此外，仪器上的各项参数可以在工作软件上直接调整。

整个控制系统如下：

系统采用的是逻辑组合电路，根据输入的电信号，要控制两个开关，分别整个的控制系为S1，S2。开关S1控制警示灯，开关S2控制汽车的制动。当输入的电信号的值小于或等于A时，开关S1，S2均断开，即警示灯不亮、汽车不制动；当输入的电信号的值大于A小于B时，开关S1闭合，开关S2断开，即警示灯亮、汽车不制动；当输入的电信号的值大于或等于B时，开关S1和S2均闭合，即警示灯亮、汽车制动。

假设基准电源Rref1=5V，Rref2=10V 输入信号Uin

Rref1即为A：普通人和饮酒者之间区分点的电信号的电压值；

Rref2即为B：饮酒者和醉酒者之间区分点的电信号的电压值；

Uin：光电转换器的输入给控制器的电压值。

S1为低电平时即为S1断开，警示灯不亮；

S1为高电平时即为S1闭合，警示灯亮；

S2為低电平时即为S2为断开，汽车不制动；

S2为高电平时即为S2闭合，汽车制动。

参考文献：

[1]黄树泉.酒后驾车的安全心理分析[J].安全，2011，（07）

[2]道路交通安全法

[3]李月乔.数字电子技术基础.中国电力出版社

[4]杨素行.模拟电子技术基础简明教材.高等教育出版社，2013：613-99

[5]哈尔滨工程大学毕业设计（论文）

[6]张玉仙等.第三届全国敏感元件与传感器学术会议论文集，北京.2012：122-124