基于单片机的防酒驾监测系统

论文总字数：15697字

目 录

1.绪论 1

1.1酒后驾驶的危害 1

1.2酒精浓度检测技术国内外研究发展现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 2

1.3 GSM研究发展 3

1.4 GPS研究发展 4

1.5研究目的与意义 4

1.6主要研究内容 5

1.6.1总体设计方案 5

1.6.2车载终端系统硬件设计 5

1.6.3车载终端系统软件设计 5

1.6.4系统测试 5

2.硬件系统设计 6

2.1 MQ-3传感器模块 6

2.2 LCD显示模块 8

2.3声光报警模块 9

2.4 GSM短信模块 10

2.5 GPS定位模块 11

2.6单片机最小系统 12

2.6.1单片机简介 12

2.6.2复位电路 14

2.6.3时钟电路 14

3.软件系统设计 16

4.系统调试 17

5.总结展望 18

参考文献 18

致谢 20

附录 21

基于单片机的防酒驾监测系统

朱冬

, China

Abstract: Current breath alcohol testing methods for drunk driving don't have very good results. Thus, the vehicle wireless automatic monitoring system will improve drunk driving phenomenon of great help. This project's goal is to design a set of anti-drink-driving automatic monitoring system for drivers. The system is based on MSP430 microcontroller, with MQ-3 alcohol sensor detecting alcohol concentration. When the alcohol content exceeds the threshold value, the MCU controls LCD1602 to display a warning message, controls sound and light module to alarm, also controls GPS module to locate. Then the vehicle license plate number and location information in the form of text message sent to regulators by GSM module.

Keywords: microcontroller; MQ-3 alcohol sensor; GSM; GPS

1.绪论

1.1酒后驾驶的危害

酒后驾车肇事随着全球汽车产业的发展愈加引起世界的关注。因为随着汽车产业的快速发展，车辆进入千家万户，车辆数目的增加导致交通事故的数量也随即增加，依据世界卫生组织统计，在全世界范围内，每年大约有120万人死于交通事故，5000多万人在交通事故中受伤，其中造成的经济损失高达5180亿美元^[1]。依据全球数据预测，到2020年，道路交通伤害在影响全球公共安全因素排名中升至第3位，报告中指出：道路交通事故的产生主要是因为驾驶员^[2]。实验研究表明：酒后驾驶发生事故的平均概率是非饮酒状态下发生交通事故的16倍，当人体血液中酒精含量达到100~150mg/100ml时，发生交通事故的概率会增长32倍，当达到150mg时，概率甚至会增加128倍。酒后肇事在交通事故致死案例中比例越来越大^[3]。

发达国家为解决酒后驾驶率居高不下的迫切问题制定了一系列严厉的法律法规，望以此对驾驶员起到规范警示的作用。因为日本人口众多而地域狭小，所以酒后驾车也是其棘手问题，日本对于酒驾的界定没有明确的数值规定，检察人员会对驾驶员酒后的表现，如是否站立不稳，是否能够正常驾驶等从而判断，对于醉酒驾驶者，处于5年以下有期徒刑以及100万日元以下罚款，对于带有酒味驾驶者，处于3年以下有期徒刑以及50万日元以下罚款，日本对待酒驾的惩处十分严苛，不仅酒驾的驾驶员会受到处罚，同乘者、提供酒精者和为驾驶员提供车辆的人也会受到惩^[4]。在美国大多数州，酒后驾车被认为是一项危险的违法行为，驾驶员一旦被抓住酒驾，轻则会被暂时扣留驾照和处于罚款，重则会被永久吊销驾照和坐牢。这些严厉的法律法规充分体现了发达国家视酒驾为对他人生命安全极度不负责任的行为，这些使酒驾行为发生概率大大降低的法律法规非常值得借鉴。

中国政府也采用了行政与法制相结合的手段来应对酒驾行为，2011年2月25日，刑法修正案(八)对刑法相关条款进行的修改在第十一届全国人大常委会的第十九次会议中表决通过，在修正案中增加了以下条款，从5月1日起正式实施将醉酒驾驶这种严重危害人民生命健康的行为定为犯罪。 具体规定为：机动车在道路上追逐竞赛或者醉酒驾驶的，处以拘留并缴纳罚金。醉酒驾驶的界定标准为:血液中酒精含量达到80mg/100ml。这也意味着，道路上对醉酒驾驶的检查愈加严苛，一旦被检查到醉酒驾驶就有可能面临最高半年的拘役。先前被认为是行政违法的醉驾行为现在已被判定为刑事犯罪行为。修正后的法律规定，被查到饮酒驾驶的，处于暂扣驾驶证六个月，并缴纳一千元以上两千元以下罚款。被二次查处饮酒后驾驶的，即已有饮酒驾驶查处记录的，处于最高十日的拘留，并缴纳一千元以上两千元以下的罚款，并且吊销驾驶证。修改后的法律的严苛体现在，对于醉酒驾驶机动车的，吊销驾驶证并且五年内不得重新取得机动车驾驶证。其中对营运机动车也做出了相关规定，并且处罚力度非常高，被查到饮酒后的，处于十五日拘留，并缴纳五千元罚款，吊销驾驶证并且在五年内不得重新获得驾驶证，由此可见，对于危害他人人身健康安全的行为，法律是绝不会姑息的。因酒后驾驶发生重大交通安全事故，属于刑事犯罪的，公安机关追究其刑事责任，吊销其机动车驾驶证并且永远不可重新获得机动车驾驶证。醉酒驾驶属于刑事违法行为，在公务员考录、事业单位招考、参军入伍等政审工作中一旦发现被政审人及其亲属有醉酒驾驶行为，被政审人会因此种行为受到一定程度影响。

1.2酒精浓度检测技术国内外研究发展现状

1.2.1国外研究现状

针对酒驾事件发生率的居高不下，机智的发明家们提出了驾驶员能否自主检测是否酒驾的想法，为能够使这一想法应用与现实社会，国外许多国家都投入了大量人力物力进行研究，研究如何实现在车辆上促使驾驶员进行自我检测。高科技的酒精浓度检测装置更是层出不穷，其中主要的代表就是欧美等发达国家已经运用于车载酒精浓度检测中的酒精锁，其原理就是燃料电池技术。科学家们将酒精浓度检测装置安置在无线手持装置中，手持设备可在车辆十米范围内使用，在汽车启动前，司机必须先朝设备里呼气，设备中的酒精传感器分析所测气体中酒精含量，分析结果通过无线信号传送给车载终端系统，如果系统得知血液酒精浓度超过了每升0.2克，系统发出指令，发动机将不会启动^[5]。这种酒精锁中配置了当前世界最先进的传感器，这种传感器不会受外部气体的影响，大大增强了系统的稳定性。同时车内装载了信息显示屏，会在司机使用该系统装置时显示驾驶员所测的酒精浓度以及是否通过测试，系统设定的标准值是可调的。该系统装置的高明之处就在于能够在车辆熄火后将检测结果保留30分钟，驾驶员不需要在车辆短暂停留后再次检测酒精浓度。为了更加方便快捷且节约时间，车锁启动时系统装置就进入预热状态，5秒内就可以启动系统^[6]。

1.2.2国内研究现状

目前我国对酒精检测的方案大致是三种：呼气式、检验血液式、检查唾液式。

现在交通部门在道路上进行查酒驾执法过程中主要采用呼气式酒精检测，因为这种方式只需要驾驶员呼气，检测驾驶员呼出气体，对人体无损伤。研究表明，血液中的酒精浓度对呼出气体中的酒精浓度有直接影响。此类设备就是以此作为开发的医学基础。从理论上讲，符合国家标准的酒精测试仪就可以作为证据性检测设备，但在实际操作中，仪器精度不够且易受外部因素影响，为保证法律的公正严明，其测试数据还不能完全作为法庭饮酒判定的证明。

通过检测血液中酒精含量的方式可以有效界定饮酒驾驶和醉酒驾驶，是检验酒精对人体影响的最准确的措施。通过血液检验酒精浓度的方法有三种：酶法、湿化学法和物化法。就是因为通过呼气式检验酒精浓度这种方法易受外界因素影响而具有不稳定性，所以平时的道路交通中如果对所测数据有疑问，可以去交通部门指定单位检测血液从而得知血液中酒精浓度。虽然血液检测准确率最高，但现如今在我国这种方法还有一定缺陷，因为我国对酒精检测不多采用血液检测，我国对血液检测的不重视导致没有对血液检测做血源规定，而在动脉、静脉或毛细血管中取样的检验结果是不同的^[7]。另外，抽血的方法对地点有一定要求，只能在医院或相关部门进行，并不适用于道路上，在车载上也无法实现，具有操作麻烦，成本较昂贵的缺点。

因为唾液中酒精含量与血液中酒精含量具有一定的比值，所以也可通过检验唾液的方法检测酒精浓度^[8]。而且通过检测唾液而确定酒精含量是一种无创伤的检测方式，用来检测唾液的唾液试纸条采用酶显色法，原理就是试纸上具有能和酒精发生化学反应的酶，不同浓度酒精与试纸上的酶发生反应后的颜色不同，将试纸上所呈现的颜色与标准颜色卡比较，推测出血液中酒精含量。这种方式同呼气式酒精检测一样方便，但同样的，易受外界因素影响而增加不稳定性，所以使用率不高。

以下对三种方法进行比较。呼气式酒精检测凭借其方便快捷是现阶段维护道路交通的主要手段，可以作为是否酒驾的初步判断，但若需要法律性酒精检测证据，还是需要通过血液式酒精检测方法^[9]。唾液式酒精检测与呼气式酒精浓度检测相比较具有安全卫生和快速检测的优势，因为呼气式酒精检测在使用过后有一段恢复时间，且呼气式酒精检测仪易残留上次被测驾驶员的唾液，不卫生，每次使用后都需要清洁，无法马上继续使用。

外国的防酒驾专利五花八门，我国的也不遑多让，但碍于我国还没有出台车载防酒驾系统的质量安全监督标准，所以这些专利也无法得到广泛推广，现在，我们需要做的，就是不断创新，使车载防酒驾系统愈发趋向方便快捷准确。

1.3 GSM研究发展

GSM是英文“Global System for Mobile Communications”的缩写，意思是“全球移动通信系统”。在蜂窝技术上发展而来的GSM最早是由欧洲通信运营商设计而成的^[10]。目前已经成为通信系统中最完善，应用最广的通信科技，几乎全世界都在使用GSM技术进行通信。GSM作为升级后的通信技术，在前面技术的基础上，信令和语音信道都改为了数字式，因此被称为第二代移动通信技术，简称2G^[11]。

GSM技术的发展非常之快，现如今GSM技术的使用已经相当普及。1982年，GSM研发小组创立，小组的成立研发初衷就是将全球的电话网络制式统一，实现一部电话全球都能使用，即一部电话走遍全球，“全球通”便是来自于此。1992年，通信系统统一标准由欧洲标准化信息委员会宣布成立，用户的通信质量也大大提高了。由于GSM标准的开放性，频率利用率比模拟的高大约2倍，很快在世界获得了普及，并成为数字制式移动通信网络的主导技术。GSM网络识别用户的身份后即可提供各种服务。1998年，用于制定下一代移动通讯系统规范的3G合作项目(3GPP)启动，同时，GSM的工作也因3GPP得到了进一步的维护和开发。

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