嵌入式车载酒精锁闭系统设计

来源:用户上传      作者: 叶铭 石奋苏

　　摘要：酒后驾驶容易引发交通事故，对生命财产安全构成极大的威胁。为了防止此类事件的发生，提出以ARM9为核心器件来设计此车载酒精锁闭系统的方案；该方案选用ARM公司的ARM920T处理器核，嵌入式Linux操作系统，基于电化学原理的燃料电池型酒精传感器，Qt Embedded嵌入式图形化界面开发工具等构建车载酒精锁闭系统；此系统利用燃料电池型酒精传感器输出的电压值来计算酒精的浓度，并根据计算得出的酒精浓度与预定阀值进行比较的结果，来决定汽车的启动状态，以此来有效的降低酒驾发生的概率。
　　关键词：嵌入式；ARM9；Linux；Qt Embedded；酒精传感器；
　　
　　The design of alcoguard system
　　Ye Ming,Shi Feng-su
　　Abstract:Drunk driving can easily cause the traffic accidents,it is a great threaten to the life,property and safety of people.To avoid the accidents, a alcoguard system based on arm9 which can be equipped in the automobile is proposed. This alcoguard system select ARM920T,Linux operating system,the fuel-cell alcohol sensor based on electrochemistry theory, Qt Embedded to design this alcoguard system.This system utilize voltage produced by the fuel-cell alcohol sensor to calculate the alcohol concentration,and compare the computing result with the predetermined value.Then according to the result after compare,the system choose whether the car will be started or not,and finally lower the probability of drunk driving effectively.
　　Key words:embedded;ARM9;Linux; Qt Embedded;alcohol sensor
　　
　　0. 引言
　　2008年世界卫生组织的事故调查显示，大约50%―60%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被
　　列为车祸致死的主要原因之一。在中国，随着经济的快速发展，私人拥有的汽车数量与日俱增，与此同时每年由于酒后驾车引发的交通事故也高达数万起；而造成死亡的事故中50%以上都与酒后驾车有关，酒后驾车的危害触目惊心，已经成为交通事故的第一大“杀手”。
　　 根据调查表明，当酒精在人体血液内达到一定浓度时，人对外界的反应能力及控制能力就会下降，处理紧急情况的能力也随之下降。对于酒后驾车者而言，其血液中酒精含量越高，发生撞车的几率越大。当驾驶者血液中酒精含量达80mg/100mL时，发生交通事故的几率是血液中不含酒精时的2.5倍；达到100mg/100mL时，发生交通事故的几率是血液中不含酒精时的4.7倍。即使在少量饮酒的状态下，交通事故的危险度也可达到未饮酒状态的2倍左右。
　　 本文介绍了一种基于ARM9以及燃料电池型酒精传感器的车载酒精锁闭系统，该系统通过检测司机呼气中气体的酒精含量，计算出血液中的酒精含量，并与预定的阀值进行比较，当酒精浓度超过预定的阀值，则关闭汽车引擎电源，使汽车无法启动，同时语音报警，并通过GPRS无线通信模块发送短信至预先设定的手机，加强对酒后驾驶的监督，从而有效的降低酒驾发生的概率。
　　
　　1. 呼气中酒精浓度与血液中酒精浓度的关系
　　大量的统计研究结果表明，如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟以上，这时呼出的气就是从肺部深处出来的气体。呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量有如下关系：
　　BAC(in mg/L)=BrAC(in mg/L)×2200
　　上式中，BAC是血液酒精浓度的英文缩写，BrAC则是呼气酒精浓度的缩写，括号中的in mg/L表示以每升中多少毫克为单位。也就是说，以毫克/升为单位的血液酒精浓度在数值上相当于以毫克/升为单位的呼气酒精浓度乘上系数2200。
　　
　　2. 系统总体架构
　　根据整个系统的需要，设计出系统的总体架构。
　　
　　
　　3. 系统硬件设计
　　
　　
　　酒精传感器将选用基于电化学原理的燃料电池型酒精传感器，其工作原理是，含有酒精成分的呼气被定量气泵抽入传感器反应气室，每摩尔单位的酒精在工作电极（阳极）上发生氧化反应，同时分别释放出2摩尔单位的H+和电子，H+和电子分别通过电解质层和外电路负载，到达对电极（阴极）对氧气进行还原反应，构成反应物和产物的物质平衡、电荷平衡，有反应释放的电荷流动形成的电流的大小，确定被测气体中酒精的含量。再根据呼气中酒精浓度与血液中酒精浓度的关系计算得出血液中酒精浓度。
　　A/D完成模拟量到数字量的转化。
　　系统选用ARM9-2410EP开发板作为硬件开发平台，ARM9-2410EP是一款基于三星S3C2410X 16/32位
　　RISC处理器的针对高校嵌入式教学和实验科研的平台，S3C2410X包含一个16/32-bit的RISC的CPU内核，
　　独立的16KB指令和16KB数据的缓存，用于虚拟内存管理的MMU单元，LCD控制器，非线性FLASH的引导
　　单元，系统管理器，3个通道的异步串口，4个通道的DMA，4个通道的带脉宽调制器，输入输出端口，实
　　时时钟单元，带有触摸屏接口的8个通道的10-bitADC等接口，支持Linux、WinCE、μC/OSII嵌入式实时
　　操作系统，方便扩展各种功能模块，可完成各种基本实验及扩展实验。
　　触摸屏用于完成系统登录，结果显示等操作。
　　语音报警用于提示用户酒精含量超标。
　　GPRS用于发送短信给预定的手机，通过他人来更好地监督司机。
　　继电器用来控制汽车引擎的开关。
　　
　　4. 系统软件流程设计方案
　　根据整个系统的设计要求，进一步设计本系统的软件流程图。
　　
　　
　　在检测酒精浓度之前，先进行用户登录，用户有三次登录的机会，如果登录失败，将进行语音报警并
　　发送短信给车主预先设定的手机号码，同时关闭汽车引擎，进入待机状态，显示登录失败；只有顺利登录
　　才开始进行传感器采集呼气中酒精浓度，在酒精传感器中被测气体的酒精成分发生电化学反应产生电信号，
　　通过放大和A/D转换，变成数字量，在处理器中进行计算并进行比较，当超过预定的阀值时，将进行语音
　　报警并发送短信给车主预先设定的手机号码，同时关闭汽车引擎，进入待机状态，显示浓度超标，当不高
　　于阀值时，打开汽车引擎，并显示可以启动。
　　本系统将使用Linux作为软件开发平台的操作系统，这是由于Linux源码开放性，Linux可支持X86、
　　ARM、PowerPC等多种体系结构，Linux独特的内核模块机制，Linux系统内核的精简、高效和稳定等特性
　　可以充分发挥硬件的功能。
　　GUI采用Qt/Embedded，Qt/Embedded具有优良的跨平台特性，面向对象，丰富的API,支持2D/3D图
　　形渲染，支持OpenGL等优点。
　　
　　5. 结论
　　本系统以基于电化学原理的燃料电池型酒精传感器，结合ARM9实现车载酒精锁闭系统。该系统主要是
　　为了预防因饮酒驾驶导致的交通事故，文中对系统的硬件架构和整体软件流程进行了阐述。实践证明，此
　　系统能够有效的防止酒驾的风险，具有一定的实用价值和推广价值。
　　
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