基于压力传感器防作弊的防酒驾系统设计
来源:用户上传
作者:薛兴乐 杨鑫茹 岳嘉瑜 韩锐 吕家乐 姚荣涛 高哈尔·霍生拜克
摘 要：酒后驾驶是引发交通事故的重要原因之一，给人们的生命财产安全带来巨大损失。本防酒驾系统结合压力传感器防止他人代替驾驶员吹气，若检测到驾驶员有作弊行为则重启吹气检测。在无作弊情况下检测到驾驶员未酒驾则汽车可以正常启动。若检测到驾驶员试图酒驾，汽车无法启动，通过蜂鸣器语音提示驾驶员，并通过GSM模块通知其紧急联系人。实验证明，系统可以达到很好的防酒驾效果，为防酒驾系统的设计提供了新思路。
关键词：防酒驾 防作弊 压力传感器 吹气检测 驾驶安全
2019年上半年，我国共查处酒驾醉驾90.1万起，其中醉酒驾驶17.7万起。目前国内外已应用如下四种防酒驾方法。交警部门使用便携式呼吸式酒精测试仪，检测驾驶员血液中的酒精浓度是否超标，但需较大的人力和物力，且只能抽样检测;瑞典萨博使用Alcokey酒精钥匙法，成本较高，只针对固定的车型，适用范围窄，不易推广;美国国家公路安全管理局使用红外线检测驾驶员血液的酒精浓度，在驾驶员未饮酒且有触摸酒精制品时，会产生误判;山东省德州学院的常进等使用方向盘上的呼气检测装置，虽可以有效检测驾驶员是否饮酒，但无法防止他人代替驾驶员进行酒驾检测。
本文设计了一种基于压力传感器防作弊的防酒驾系统，并通过实验探究了系统防酒驾的效果，为防酒驾系统的设计提供参考和借鉴。
1 防作弊系统设计原理
设计了一套逻辑严密的防作弊机制，能够有效防止他人代替驾驶员吹气检测。在驾驶员进行吹气检测时，若检测到有作弊行为则检测结果无效且重启吹气检测。
（1）在驾驶员吹气时，要求车门关闭、主驾驶舱关闭、其他乘客正常落座并规范使用安全带。汽车座位和地板上的压力传感器、车门开关、主驾驶车窗开关和安全带卡槽处开关检测上述要求是否完成。目的是确保由驾驶员本人完成吹气检测。
（2）吹气口安装在汽车方向盘中心靠上位置，目的是在车内人员正常落座的情况下，只有驾驶员可以完成吹气检测。
（3）驾驶员吹气后、汽车启动前，若有人上下车，系统将重新启动。若汽车启动后又停下，再次启动前本系统也会重新启动。目的为防止汽车中途更换驾驶员。
2 硬件系统
硬件主要分为信息收集系统、信息输出系统、A/D转换模块和单片机控制器等四部分。系统的硬件结构图如图1所示。
信息收集系统检测到的信息经过A/D转换模块转换后输入到单片机中，经过单片机进行信息处理判断驾驶员是否饮酒和吹气时是否存在作弊行为，进而通过信息输出系统输出一定形式的信息。
2.1 压力传感器
采用RP-L电阻式压力传感器来检测车内乘客落座后的压力信息，传感器具有灵敏度高、响应速度快和稳定性好的特点。其基本检测原理是将采集到的压力值转换成电压信号，并根据输出电压值的大小确定检测压力的大小。对RP-L电阻式压力传感器的输出特性进行了检测实验，输出电压U与检测压力F近似呈线性正相关关系，如图2所示。
2.2 吹气装置位置设计
吹气装置包括吹气口、气体导管、MQ-3酒精传感器、MH-Z14A二氧化碳传感器及塑料外壳等。如图3所示，位置设计在方向盘中上部，在满足主驾驶舱关闭及车内所有人员正常落座的条件下，只有驾驶员嘴部可以触及。通过吹气口位置的优化设计可以有效防止其他人代替驾驶员进行吹气检测。
3 系统软件设计
汽车启动前，系统首先检测车内空气中的酒精，若含量超过阈值，则要求驾驶员进行吹气检测。在驾驶员吹气检测时，由压力传感器、车门车窗开关和安全带卡槽开关检测是否有他人代替驾驶员吹气，若有作弊行为则检测结果无效，重启吹气检测流程。由二氧化碳传感器检测驾驶员是否完成吹气过程，若检测到驾驶员没有进行吹气，检测过程中断，汽车不能启动。
若吹气检测时无作弊行为发生且驾驶员呼出气体酒精浓度超过设定阈值，则系统禁止汽车发动机启动，并通过蜂鸣器语音提示“您因为饮酒不能驾车，请注意安全”，以及通过GSM模块联系其紧急联系人，通知其尽快介入以保护驾驶员安全。若检测到驾驶员呼出气体的酒精浓度未超过设定阈值，汽车可以正常启动。系统具体的工作流程如图4所示。
4 实验验证
为检验不同实际情况下系统对驾驶员酒驾及是否存在作弊行为的判别情况，进行了系统防酒驾效果探究实验。系统实物模型如图5所示的，实验采用某品牌普通乘用车，空气质量情况为正常，环境温度为20℃。共有3名实验对象，分别编号A、B、C，身体状况均为健康，体重分别为65kg、73kg、和52kg，A饮用50mL某品牌38度白酒1小时后参与实验，B、C未饮酒。实验结果表明，本系统可以实现预期功能，在多种现实情况下均可以有效地检测到驾驶员是否酒驾，并有效防作弊。
5 結语
结合压力传感器、酒精传感器、二氧化碳传感器与单片机控制器等，设计了一套具有防作弊功能的防酒驾系统。在汽车启动前若检测到车内空气酒精含量超过阈值则要求驾驶员通过吹气装置检测，并在期间防止其作弊，在检测到驾驶员未酒驾且未发生作弊行为时汽车才能启动。
通过实验验证系统可以准确检测驾驶员是否饮酒，并防止驾驶员吹气检测时各种作弊情况的发生，有效保证检测结果的准确性。系统安装方便、成本较低，可以通过开车前检测的方式高效防止驾驶员酒后驾驶，为广大车主驾驶安全保驾护航。
参考文献
[1] 晓轩.科技防酒驾[J].道路交通管理，2011（11）：19.
[2] 孙丹.基于GPS/GSM的车载醉酒禁驾系统设计[D].大连理工大学，2013.
[3] 常进，吴延霞.汽车防酒驾装置设计[J].时代农机，2015，42（5）：28-29.
[4] 潘鸿志.柔性电子技术的应用——智能鞋垫的设计[J].电子制作，2019（15）：32-34.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15273443.htm
