酒后駕車監測追蹤車載系統硬件設計

摘要：為了減少酒駕所造成的交通事故的發生，提出了一種基于GSM-GPS的酒后駕車監測追蹤車載系統。設計實現了該系統主控模塊、酒精濃度檢測模塊、GPS定位模塊、GSM無線數據傳輸模塊、報警顯示模塊的硬件部分。經過測試，各模塊工作正常。該系統具有快速檢測，準確定位，實時追蹤等優點。
關鍵詞：GSM-GPS；監測；車載系統；硬件設計

近年來，我國汽車保有量在不斷增長，與此同時，由酒后駕駛所造成的人員傷亡及財產損失的交通事故發生率也不斷攀升。為了杜絕這種現象的發生，各國都提出了很多方法，在國外有使用如酒精鑰匙Alcokey，紅外相機監測酒駕等來進行實時監控。國內對于酒駕的檢測主要還是使用一些常規方法，即用手持式呼氣酒精測試和頂空氣相色譜儀血液酒精檢驗。但是上述兩種方法只能由交通監管人員設卡實施，給酒駕檢測帶來了很大的不便，也不能從根本上杜絕酒后駕駛的違章行為。
筆者提出了一種基于GSM-GPS的酒后駕車監測追蹤車載系統，該系統由主控模塊，酒精濃度檢測模塊，GPS定位模塊，GSM無線數據傳輸模塊，和報警顯示模塊組成。通過在汽車內安裝酒精濃度檢測模塊，來檢查駕駛人員的酒精含量：借助GPS定位模塊實時定位酒駕車輛的地理位置；GSM無線數據傳輸模塊將檢測到的酒駕車輛地理位置信息發送到交通指揮監控中心實現整個實時監控過程。文章著重從系統的硬件部分著手，詳細闡述了各個硬件模塊的設計及實現過程，與傳統的酒精檢測儀器相比，該系統有快速檢測，準確定位，實時追蹤等優點。

1 系統結構
酒后駕車監測追蹤車載系統由主控模塊，酒精濃度檢測模塊，GPS定位模塊，GSM無線數據傳輸模塊和報警顯示模塊組成，其總體框圖如圖1所示。酒精濃度檢測模塊循環檢測駕駛者酒精濃度，若酒精濃度超過預先設定的閾值時，系統開啟GPS定位模塊進行定位。待GPS模塊定位成功，GSM無線數據傳輸模塊將目標車輛的地理位置信息(經緯度)發送到交警平臺上。同時，報警顯示模塊發出報警，提醒駕駛者當前處于酒后駕駛狀態。

酒精濃度檢測模塊主要功能是檢測駕駛者呼出氣體中的酒精濃度含量，由MQ-3酒精傳感器，小信號放大電路以及A／D轉換電路組成。一旦酒精濃度超標，它就傳遞信息給主控模塊。
GPS定位模塊負責對車輛進行實時的定位跟蹤，存儲目標車輛的地理信息(經緯度)。
GSM無線數據傳輸模塊負責將GPS模塊定位到的地理位置信息通過短信的方式發送到交警平臺上，以便交警能夠實時跟蹤目標車輛。
報警顯示模塊用于酒精濃度的超限報警以及顯示一些必要的日常信息。
主控模塊負責各個子模塊之間的數據交換和數據計算。當接收到酒精濃度檢測模塊傳遞過來的濃度超標信號后，就喚醒GPS模塊和GSM模塊，并且處罰報警模塊。這里我們選用Atmel公司的ATmega16L作為主控芯片。
1．1 酒精濃度檢測模塊設計
酒精濃度檢測模塊主要由3個部分組成：酒精傳感器，小信號放大電路和A／D轉換器。
酒精傳感器是整個模塊的核心，常用的酒精傳感器主要有電化學酒精傳感器，半導體酒精傳感器等等。考慮到這套系統為車載系統，因此需要傳感器具有體積小，精度高，響應快，抗干擾能力強的特點，我們選擇了MQ-3酒精傳感器。MQ-3傳感器對乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性，它的測量范圍是10～1 000 ppm的酒精濃度，在測量范圍內，該傳感器的體電阻與空氣中的酒精含量成線性關系，我們通過將體電阻的變化轉化為一種電壓的變化，就可測得空氣中酒精的酒精含量。
該系統設計電路如圖2所示。U1是酒精傳感器，兩個F引腳為加熱引腳，用來給傳感器預熱，A，B引腳為信號輸出，A接電源，B與地之間串一個200 kΩ的采樣電阻(實際電路中用一個電位器來替代)，其作用是將體電阻Rs轉化為電壓輸出，運放U2A組成一個同向放大電路，其放大倍數為，這里R3=R2，所以放大倍數為2倍，然后運放輸出端接A／D輸入端，這里A／D我們采用ATmega16L的片上A／D，其分辨率為10位，足以滿足我們的采集需求。由此，得到輸出電壓與體電阻Rs的關系為，其中R1=200kΩ，Rs為體電阻，然后再根據體電阻與酒精濃度的線性關系，就可以計算出空氣中得酒精含量。