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电路与系统|基于STM32的车载智能酒精锁开发

汉斯出版社

2024-05-22

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导读：

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。针对此问题，本研究基于STM32单片机设计了一种能够防止酒后驾驶的车载智能酒精锁系统。系统首先使用高灵敏度酒精传感器验证酒精检测的灵敏性和准确性，后根据检测结果进行判断并相应动作。本系统的设计创新点在于采用集成化设计、多模态反馈、远程通知功能、低功耗设计，提高了系统的便捷性和实用性。通过对系统进行不同酒精浓度的多组测试，测试结果表明本系统能够进行较为准确的酒精浓度判断，系统动作具有一定的可靠性，对预防酒驾起着重要的作用。

基本信息：

基于STM32的车载智能酒精锁开发

Development of Vehicle Intelligent Alcohol Lock Based on STM32

作者：

胡鑫*, 刘娟, 吴俊杰, 高鹏：西南石油大学电气信息学院，四川成都；雍文, 葛亮：西南石油大学机电工程学院，四川成都；曾文：重庆大学材料科学与工程学院，重庆

关键词:

车载智能酒精锁；单片机；防酒驾；数据处理

项目基金：

西南石油大学大学生课外开放实验项目(2022KSZ07024)

原文链接：

https://doi.org/10.12677/OJCS.2023.124005

内容简介：

在汉斯出版社《电路与系统》期刊上，有论文针对汽车酒驾检测提高准确性和可靠性展开研究，设计基于 STM32 单片机设计一款车载智能酒精锁，通过高灵敏度的呼气式酒精传感器检测司机的酒精摄入量，当司机体内酒精浓度超标时，控制系统会自动切断汽车启动系统，使汽车无法正常启动，同时通知预设联系人，尽量减少交通事故的发生。

车载智能酒精锁的主要组成部分如图 1 所示，本系统的工作原理是通过酒精传感器模块来检测司机呼出气体的酒精含量，经过酒精传感器模块自带的 MCU 处理后通过串口输出数据，经 STM32 单片机解析数据后，判断是否存在酒驾现象并对酒驾程度进行分级处理。一旦检测酒精超标，将在串口显示屏上显示相关信息，通过语音播报模块对驾驶人员进行提醒，同时将车辆所在位置信息等发送至预设联系人手机上，同时控制继电器切断汽车电源致使汽车熄火，进而达到防酒驾的目的。

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本系统采用选用 ST (意法半导体)推出的 STM32F407 系列芯片，采用 ZK00702 酒精传感器，ZK00702 是一款燃料电池型电化学传感器，如图 2 所示，工作电极和对电极上发生还原反应并释放电荷形成电流，产生的电流大小与酒精的浓度成正比并遵循法拉第定律，通过测试电流的大小即可判定酒精浓度的高低。

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车载智能酒精锁所用串口屏是一款基于淘晶驰串口屏的硬件设备，旨在提高驾驶安全，防止酒后驾驶的发生。淘晶驰串口屏具有较高的可靠性和稳定性，同时提供了丰富的功能和灵活的操作方式，适合本系统的应用场景。本系统的定位功能是使用 GPS 模块实现，如图 3 所示，GPS 模块是基于 ATGM336H-5N 的高性能BDS/GNSS 定位导航模块。本系统采用 ESP8266WIFI 模块，ESP8266 是一种强大的 WIFI 模块，如图 4 所示，可以实现与网络通信的功能。本系统采用 SYN6288 模块，SYN6288 是一款中文语音合成模块，如图 5 所示，它具备高度自然的语音合成能力，可以将文本转化为对应的语音信号，并通过模块输出声音。主程序如图 6 所示。

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实际使用过程中，从驾驶员上车到发动汽车，前后就一分钟左右。在如此短的时间内很难使驾驶员呼出的气体均匀分布于车内，即车厢内空气的酒精浓度远远低于驾驶员呼出气体的酒精浓度。由此会导致非接触性、开放式的酒精测试仪反应迟钝，并且使测得的酒精浓度远远低于驾驶员呼出气体的真实值。本系统使驾驶员呼出的气流尽可能全部流过酒精传感器，因此反应迅速、准确。为验证系统的准确性，对五位测试者进行测试。考虑到实际驾驶过程中，可能出现副驾驶饮酒的情况，通过模拟副驾驶人员饮酒后对系统进行测试。

结论

1) 通过 STM32 单片机对车载酒精锁进行智能化控制，能够在干扰性较小的状态下接收传感器的信号，并进行处理和逻辑判断控制执行器继电器的动作。当检测到驾驶员体内酒精浓度超过 20 mg/100mL 时，控制汽车闭锁装置使汽车无法发动，同时立刻把汽车位置和酒醉情况通过移动通信网络发送给系统预设的联系人，确保驾驶员远离酒后驾车，保障生命安全。

2) 系统将酒精检测、数据处理、用户交互、远程通知等多个功能集成在一个智能平台上，通过 STM32 单片机实现高效协调和控制。首先使用高灵敏度酒精传感器实时采集驾驶员呼出的气体样本，并利用 STM32 单片机进行快速数据处理，确保检测结果的及时性和准确性；然后系统不仅通过显示屏提供视觉反馈，还通过语音播报模块提供听觉反馈，增强了警示效果，确保驾驶员能够及时注意到酒精检测结果；最后系统具备 GPS 定位功能和 WIFI/GSM 通信模块，能够在检测到酒精浓度超标时，自动发送车辆位置和驾驶员状态信息到预设联系人，提高了应急响应能力。

3) 系统设计了相应的误判处理机制防止误判。如要求驾驶员进行额外的身份验证步骤，以确保只有驾驶员的酒精状态被用于决定车辆的启动。未来将进一步研究该系统基于 CAN 技术集成到汽车电子系统，继续提高数据传输的安全性，有效保障驾驶员驾车的安全，具有广泛的应用价值。