分布式GSM酒驾监控装置的设计

周棚 瞿珊 韦晓迪 蒋冰封

【摘要】针对当前酒驾严重难管理的现象，设计了一种分布式GSM酒驾监控装置。该装置使用STC89C52RC单片机作为终端，使用MQ-3酒精浓度传感器对车舱内气体状况进行分布式检测；采用STM32单片机作为主控端，对终端发来的数据采用合适的数学模型进行耦合计算，从而判断酒精来源和浓度。

【关键词】酒精检测；单片机；GSM通信

酒驾将导致严重的交通事故，在交警出勤能力有限的情况下，无法对驾驶员状态进行完全的监控，而本设备借助覆盖绝大部分地区的GSM网络，可辅助交警实时监控全部驾驶员的状态。相对于当前主流的酒驾检测手段，本套装置能实时全天候监控，大大降低了交警的出勤强度。本装置采用分布式终端设计，可检测车舱内多点的气体状况，根据传感器位置和酒精浓度数据，建立舱内气体状况分布的数学模型，能够准确地判断酒精源和酒精浓度。

1.系统框架设计

本装置分为终端和主控端两个部分。终端由STC89C52RC单片机、MQ-3酒精传感器、PCF8591AD转换器及NRF24L01无线通信模块组成，主控端由STM32F103ZET6单片机、NRF24L01无线通信模块、2.8英寸彩色LCD显示屏、蜂鸣器、TC-35GSM通信模块等组成。每个主控端与4个终端组合工作，主控端与终端通过NRF24L01进行通信。MQ-3酒精传感器能有效检空气中酒精含量，输出为模拟量，通过PCF8591AD转换为数字信号，STC89C52RC单片机收到数值信号后转换为酒精浓度值后通过NRF24L01发送给主控端。主控端收到信号后根据传感器的分布及酒精浓度值进行耦合计算，得到酒精源及酒精浓度数据，显示在屏幕上，并以此判断驾驶员是否酒驾。当酒精浓度超过阀值时，装置发出提示信息警告驾驶员，并将相关信息通过TC-35GSM模块以短信形式发送至相关部门。

图1 硬件系统

2.硬件系统简介

2.1 MQ-3酒精传感器

QM-3气敏元件，是以复合金属氧化物为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触乙醇蒸汽时，其电导率随气体浓度增加而迅速升高。其对汽油蒸汽有抗干扰能力、灵敏度高、响应速度好、寿命长、工作稳定可靠等特点。重要技术技术指标有：

加热电压：DC 5±0.2V

负载电阻：4KΩ（或可调）

灵敏度：5（在100ppm25 CH蒸汽中）

分辨率：3（在100ppm汽油蒸汽中）

恢复时间：30S

元件功耗：0.7W

监测范围：50-5000ppm

2.2 STM32F103ZET6单片机

ST公司的STM32F103ZET6芯片基于ARM Cottex-M3 32位的RISC内核，工作频率最高可达72 MHz，内置高速存储器（64 KB的闪存和20 KB的SRAM），丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。STM32系列提供了全新的32位产品选项，结合了高性能、实时、低功耗、低电压等特性，同时保持了高集成度和易于开发的优势，将32位MCU世界的性能和功效引向一个新的级别。

2.3 TC-35GSM模块

TC35是西门子公司生产的一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。它使用AT命令编程，易于集成，可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品；通信方式为全双工串行通信，无论是与电脑通信进行开发还是与微处理器进行通信开发都非常容易，编程简单。

图2 系统工作框图

3.软件系统设计

本装置软件系统主要由51单片机的AD配置、51单片机的NRF24L01配置、STM32单片机的NRF24L01配置、STM32单片机的液晶驱动、STM32单片机的串口通信5个部分组成。STC89C52RC单片机定时器1设定为工作模式1，12M晶振每0.1秒进行一次采样，十次采样数值的平均值作为一个有效值发送给主控端。PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器，采用标准I2C通信协议进行读写操作。NRF24L01采用四线SPI通信协议进行工作模式配置及数据收发操作，通过工作模式的配置，可以使它不工作时进入掉电模式，需要进行数据收发时进入发送模式或接受模式，以节省电能。

主控端收到数据后进行耦合计算，并将计算结果送至显示屏显示，当酒精源为驾驶员位置切浓度超过阀值时，通过TC-35发送相关数据到相关部门。STM32系列单片机采用了SFMC 存储器扩展技术，SFMC在外部存储器扩展方面具有独特的优势，可根据系统的应用需要，方便地进行不同类型大容量静态存储器的扩展。因此，采用16位SFMC对2.8寸液晶进行读写操作，非常容易实现液晶的驱动和现实内容的刷新。TC-35GSM模块采用标准AT指令集进行控制，其通信方式为标准串行通信。在本装置中TC-35采用PDU格式进行短信收发，在写入接收号码时要进行编码操作，号码的每个字节的高低位互换，末尾号码是半字节的话，另外半字节用F替代；所发短信的中文内容编码为UNICODE码，程序中固化的短信内容均要转换为UNICODE码之后再由串口发送给TC-35模块。

4.总结

在本装置的设计中，采用分布式终端监控采样结合数学建模进行数据分析，较之单一式检测设备，更能有效判断车舱内的酒精来源及浓度，判断的准确性有明显的提高。此外，对GSM模块的进一步利用上，结合车载GPS装置，可以增加如一键呼叫家人、一键呼叫代驾服务等特色扩展功能，有力地保障了人们驾车出行的安全。

参考文献

[1]汪威，吕俊.面向家庭的门禁系统[J].电子世界，2014（4）

[2]刘相娟.驾驶人员酒驾自动检测挖掘方法研究与仿真[J].计算机仿真，2013（02）

[3]黄晖.非接触式酒驾检测系统的硬件设计[J].电子测量技术，2013（7）

本文为湖北民族学院2013年大学生创新训练项目校级项目论文（项目编号：2013Z004）“GSM汽車酒驾监控报警装置”。