基于单片机的车载酒驾监测系统设计

1 车载酒驾检测系统硬件设计

1.1 整体设计方案

系统设计是基于单片机为基础，结合了传感器技术、信息技术、定位技术，以及后期会进一步结合物联网开发网络通信技术，以期实现对酒驾醉驾行为的监管。温度及湿度检测模块靠近酒精气体传感器。酒精气体传感器实时检测车内空中的酒精含量，酒精气体传感器检测出车内酒精含量超标时，控制模块接收信号并控制报警模块发出报警信号提示驾驶员靠近酒精气体传感器进行吹气检测，以便进一步确定驾驶员是否处于酒驾状态，形成二次验证；温湿度检测模块通过温湿度变化检测驾驶员是否靠近酒精气体传感器进行了吹气。定位模块实时检测车辆的定位信息并将车辆的定位信息输出给控制模块，通信模块将酒精检测模块的驾驶员酒驾信息及车辆的定位信息发送给远程终端，远程终端可以为交警部门或驾驶员亲属，使交警部门或驾驶员亲属及时了解驾驶员状态及车间信息。在检测到驾驶员处于酒驾状态时，车辆控制模块将控制车辆无法启动。显示屏用于显示车辆位置信息、车内酒精浓度、时间、车内温湿度等信息。

车辆控制模块通过模拟电信号控制车辆ECU，车辆控制模块模拟破坏ECU防盗系统。一旦检测到驾驶员处于酒驾状态，车辆控制模块通过模拟电信号控制车辆ECU，模拟破坏ECU防盗系统，进而使车辆无法启动。该控制模块控制车辆油泵控制器，车辆油泵控制器通过电信号控制车辆油泵控制器使车辆油泵断油。一旦检测到驾驶员处于酒驾状态，车辆控制模块控制车辆油泵控制器，车辆油泵控制器通过电信号控制车辆油泵控制器使车辆油泵断油，进而使车辆无法启动。

金融的监管必然带来金融运行的顺周期性，这就需要构建完善的与金融相关的法律体系来解决。在2018年两会上，国务院总理李克强提出了要“强化金融监管协调机制”。而金融法律体系的构建是强化金融监管协调机制的重要措施，也是减少金融监管带来顺周期性问题的重要途径。

系统会安装在车内恰当的场合，目前拟安装在驾驶员面前方向盘上，主要通过系统对驾驶室内的浓度进行检测，以实时监控的形态，针对驾驶员的饮酒情况完成监测；之后利用GPS定位模块完成数据的集中接收，主要包括位置信息及酒驾信息等。若系统检测到驾驶室内酒精浓度超标，即会触发信息反馈模式，将酒驾的信息反馈到相关监管平台或基站，并根据定位信息，对驾驶员进行远程提示，可以通过短信平台以及车辆的网络平台，对定位车辆进行告警提示，并进一步追踪车辆后续情况；此外，该系统在检测到驾驶员饮酒情况后，可以结合发动机的电控系统，完成闭锁，即不能启动点火开关，以实现对饮酒驾驶员行为的主动防御。该系统也将进一步为交通管理部门及运输企业提供监管功能，提高交通管理部门执法效率的同时，也为运输企业提供安全管理的服务，从而进行车辆的综合管理。

该系统的总体结构如图1所示。主要包括控制模块，酒精检测模块，数据存储与运行模块，发动机电控模块，信号发送模块等。

采用单片机开发板用5110液晶屏模块作为显示装置，使用I/O线驱动，共计四根，串行通信可用。VCC引脚接电源子模块，也可与电压调节芯片相接。

1.2 硬件系统结构

车载酒驾检测系统的设计模块包含：单片机PIC16F877A，主要为接收来自酒精传感器检测到的信号，对信号进行处理并判断，一旦驾驶室内酒精浓度超标，继启动相关控制电路，结合液晶显示屏幕和语音报警装置的提醒，完成前期控制，并将信息发送到外界监管平台吗，同时完成针对发动机的闭锁控制。其他模块包括传感器检测模块、语音及显示子模块、酒驾闭锁控制子模块及其它硬件模块电路。整体硬件结构设计如图2所示。

1.3 系统特点

系统具有模块化技术特点，目前主要模块可针对驾驶员的驾驶状态进行预警和监控，是具有多传感器的智能监控系统。车载检测系统在汽车启动前先对车内环境进行预判，当发现驾驶员有可能饮酒时进行进一步检测并干预。系统使用GPS北斗卫星定位，接入移动互联网，能够实时给远程终端反馈信息，智能、方便、及时、准确。系统带有语音播报功能，有着良好的人机交互性，界面友好；通过测试，检测准确率高，有效防止了各种可能的作弊手段。后期还可针对功能改进来调整模块。

2 传感器检测子模块硬件设计

2.1 单片机系统硬件设计

做为移动通信端，选用了SIM300模块，可以采用三种频率工作，范围较广，其内部通过TCP/IP协议，以扩展指令的方式完成数据传输。内部双串口模式便于调节，以3.4-4.5V电压为准完成调节，能耗较低。通过其60引脚与其他接口相连，预留麦克风及音频接口，配合总线接口完成输入及输出。通过TSD与单片机PIC16F877A相接，并接入射频连接器，串行异步收发器与MAX232接口相接，实现通信功能。

推荐理由:本书为著名儿童文学作家金波先生近60年经典儿童诗歌的精选集，共3册，收录其中的诗歌皆由金波先生亲自挑选，同时也是时间筛选出的佳作，首首经典，传诵广泛，深受广大读者喜爱。作品时间跨度久，取材广泛，从大自然到现实生活，涵盖儿童世界的方方面面。诗歌的形式韵律优美，笔触清新自然，内容充满童趣和想象力，为小读者展现一片纯净至美的天地。

2.2 传感器选用

使用单独的驱动芯片74HC245完成驱动，以三种颜色绿、黄、红分别对应正常、饮酒驾驶、醉酒驾驶模式，结合液晶显示模块完成提示。

湿度传感器选用HIH 3610型。由于系统设计是通过驾驶员的呼气及驾驶室内酒精浓度来完成识别的，并且，环境湿度对酒精传感器MQ-3有一定影响；此外，所测酒精浓度还会受到驾驶员呼吸速率的干扰，因此必须添加湿度传感器。该传感器具有稳定性好、反应灵敏等优点。

以上传感器配置为4+1模式，即四个半导体酒精传感器，和一个湿度传感器，此外还需要一个微型麦克风。图3为酒精传感器测试电路。

2.3 传感器采样电路情况

酒精传感器的采样电路主要是有关信号的调整、放大与滤波，还在完成识别前需要一定预热时间，必须保证一定时间的预热，传感器才能进入正常工作状态。根据试验可知，在检测前通过较高电压(2.2V)与晶体管组成延时电路，即可完成预热。酒精传感器的气敏电阻采用串联电阻分压方式，通过设计三个反向输入端电压来完成调节，之后设置三个模式的饮酒状态，即正常、饮酒、醉酒。酒精传感器阵列采集四路酒精浓度信号，将四路信号依次输入单片机，进行转A/D转换。

2.4 湿度及微型麦克风接口电路情况

湿度传感器设置三个引脚，即电压引脚，接地引脚，电压数据输出引脚，不用外加信号调整电路，也不需要额外的转换电路，直接将信号输入单片中即可。微型麦克风信号可经由湿度传感器通道输入单片机。如图4、5所示。

3 语音和显示子模块硬件设计

3.1 语音报警模块电路情况

选用S8850D331三极管来驱动电路，并于驱动芯片74HC245串接。若输入低电位，三极管驱动继电器闭合，若输入高电位，三极管驱动继电器断开。添加二极管作为保护端，以防止反向电压损坏三极管。

检测设定为，当驾驶员进入驾驶室准备打开点火开关，语言模块会发出检测提示。之后酒精检测模块根据设定值开始检测。当检测到室内酒精浓度小于50ppm，可正常启动发动机。当检测到室内酒精浓度为50ppm-125ppm时，属于酒后驾驶情况，语言系统会提示驾驶员请勿操作。当检测到酒精浓度大于125ppm时，属于醉酒驾驶，报警继续提示请勿操作。以上模式在启动发动机后依然可以完成检测。

青岛地区3家“三甲”医院ICU耐亚胺培南革兰氏阴性杆菌碳青霉烯酶基因型研究 ……………………… 宋晓萍等（4）：478

1.2.2 检查中护理工作 护理人员需要协助患者在检查过程中保持相对舒适的体位，引导患者通过腹部进行呼吸，在插入内镜时，要适当的抬高患者的头部，并控制好药物的输入速度，避免过快，同时结合患者的生理反应及时调整药物的输入速度[4-8]。此外，护理人员需要针对患者从麻醉中清醒过程中的躁动现象，避免患者在无意识状态下伤害自己。

3.2 液晶显示模块电路情况

控制模块作为系统的核心模块，主要作用是衔接其他模块的工作，并作为信息的判别及指令模块；酒精检测模块是采纳了电子鼻系统原理，通过有序排列传感器获得，伴随着发动机点和开关的启动来工作；数据存储与运行模块使用串行芯片E2PROM来存储阶段性检测结果及车辆相关信息；发动机电控模块需要针对油路开关核对点火开关进行控制，当检测结果出现问题时切断油路与电路，从而截止发动机的点火；信号发送模块负责对饮酒和醉酒驾驶信息的传递，需要结合GPS及GSM模块功能。

在进行分析之前，首先对投资者情绪与股价的平稳性进行检验。本文采用ADF单位根检验法，根据AIC与SIC同时最小的原则，得出结果如表3。

3.3 LED指示灯电路情况

本次设计基于车载系统的考虑，所选用的传感器必须具有灵敏度高响应迅速的特点，因此采用半导体酒精传感器MQ-3模块。通过对MQ-3的电路测试可知，需要通过外接负载电阻来控制传感器电阻变化。

3.4 子模块硬件情况

设计采用ISD1730语音解码芯片，可设置的提示音效，也可完成嵌入式模式。该芯片内存大，可以完成十万次的录音。系统采用SPI工作模式，与单片机PIC16F877A引脚SDI、SCK连接，并设置ROSC引脚为振荡电阻。

4 其他硬件设计情况

4.1 GSM子模块设计情况

选用PIC16F877A单片机。具有运行速度快，电源耗能低，存储容量大，代码压缩率高等优势。具体选用了其14位的指令长度，并且采用单指令流水线结构。其内部自带10位的A/D转换器。设计采用上电复位方式，将电阻附加在引脚与电源回路之间。在试验过程中实际采取了上电复位和人工复位相结合的方式，便于重启。

4.2 GPS子模块设计情况

作用主要是接收信号，并完成对信号的放大处理。选用鼎天GPS模块 REB-3571LP，翻译GPS卫星系统信号与导航，并对目标车辆做出定位。其工作电压为3.3V，实现20通道的并行接收，定位精度小于25米。硬件电路如图6所示，共计30个引脚。

4.3 电源子模块设计情况

采用车用电源12V为输入电源，选用LM2567芯片作为电压转换单元，完成12V转5V，5V转4.2V，5V转3.3V电路，如图7所示。LM2567芯片输入电压在7-40V范围内，输出电压可调，并且需要在输入端添加滤波电容，以抗干扰。

8.2 食品可追溯的特殊要求。食品原料应使用“上海市安全营养食品供应链平台”系统，确保食品原料来源正规，供应商资质齐全、索证索票资料齐全。应规范使用“上海市医院食品安全管理系统”报送食品追溯等食品安全相关信息。

由于管道容量的限制，加拿大西部石油精选价格（WCS）——即加拿大油砂在加拿大阿尔伯塔省哈迪斯市（Hardisty，albery）的交货基准价格——与美国西德克萨斯轻质原油（WTI）的交易价格差距大幅扩大，近几周WCS的价格低至20美元。

5 硬件测试过程

车载酒精检测系统在完成程序和电路的设计中，需要多次进行试验与调试，在调试过程中能够发现各种问题，通过进一步对电路方案的调整，达到相关技术指标。采用程序与电路结合法进行测试。

测试使用仪器包括道通MS906S，413技术OBD解码器，MDO5数字示波器，元征LAUNCH X431 V故障诊断仪，数字万用表，分别对单片机PIC16F877A，传感器模块，语音及显示模块，GSM/GPS模块及电源模块进行测试，连接发动机电控系统，完成调试。利用STC15F2K60S2单片机集成电路进行单片机，利用软件提前进行电路设计，之后进行连接调试。

依照电路图，将各元器件通过FRDM-KW24D512 射频评估开发板进行焊接，确保没有虚焊情况，可通过通电进行测试，在此过程中亦可检查各处引脚短路情况。通过调试，当酒精浓度处在50ppm-125ppm，以及酒精浓度大于125ppm时，语言提示系统都会触发。

6 结语

本文主要介绍了以单片机PIC16F877A为基础所设计的车载酒精检测系统，包括传感器模块设计以及语言显示模块的设计，已通过试验进行了测试，具有一定实用价值，后期还将进一步研究其扩展功能。

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[2]王松林.基于单片机的防酒驾控制系统设计[J].信息与电脑，2018，12(12):118-119.

[3]熊奥运，李明，王成鹏.基于单片机的酒驾检测系统设计[J.江苏理工学院学报，2019，25(4): 22-32.

[4]铁争鸣.汽车防酒驾控制装置设计研究[J].微型电脑应用,2020,36(5):120-123.