防酒驾和防疲劳系统的设计与研究
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自动化方面的技术研究工作。
【90】 第40卷 第7期 2018-07
2）防止疲劳驾驶部分，主要是利用电容式触摸传 感器构成的数字触摸传感器模块进行信号采集并通过从 单片机对报警电路和继电器驱动电路进行控制。
3）防止酒后驾驶部分，主要是利用酒精浓度传感 器检测车内酒精浓度进行信号采集并通过主单片机对报 警电路和继电器驱动电路进行控制。
化、兼具有防酒驾和防瞌睡功能等特点，将系统安装在 车辆上，可以实现防止酒后驾驶和防止瞌睡驾驶的功 能。结合实际情况，本系统分为控制启动系统处于工作 状态部分、防止疲劳驾驶部分和防止酒后驾驶部分三大 部分，由电源模块对防止疲劳驾驶部分进行电源供电， 由从单片机和霍尔传感器共同控制防止酒后驾驶部分的 电源：
模块的管脚1接5V电源模块，管脚2为输出端，管 脚3为接地端。
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图2 触摸传感器模块电路图
2.3 酒精气敏传感器模块电路
设计选用MQ3型酒精传感器，探测空气中酒精溶 度范围100×10-9～2000×10-9，浓度上限值为0.2%，主 要包括两个部分，信号输出回路和加热回路，可以将酒 精含量准确的通过传感器表面的电阻变化进行反映，并 通过与其串联的负载电阻上的有效电压信号输出模拟电 压量[3,4]。将模拟信号通过放大器LM393进行放大，输入 到ADC0832中。wenku.baidu.comQ3型酒精传感器在接触到酒精气体之 后，A端和B端之间的电阻值发生改变，并且当酒精浓度 越大，B点电位越高，经放大器获得的电压也越大[5]。
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B
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LM393
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图3 酒精气敏传感器模块电路图
2.4 A/D数据转换电路 设计选用模/数转换芯片ADC0832将放大后得到的
模拟电压转换成数字量送入到主单片机中。ADC0832 与单片机之间的接口有4条数据线，分别是CS、DO、 DI、CLK。但DO端与DI端在通信时，并不是同时有效 且与单片机的接口是双向的，因此在设计时将DO和DI 并联在同一根数据线上使用。
2.5 继电器驱动电路 设计选用的电磁继电器是JQC-3F电磁继电器。该
计，开发了一种兼具有智能检测、报警功能的防酒驾和防疲劳系统。经测试表明，系统稳定
可靠，安全可行，具有较好的推广价值。
关键词：单片机；启动系统；酒驾；疲劳驾驶
中图分类号：TP274
文献标识码：A
文章编号：1009-0134(2018)07-0090-04
0 引言
每年全球的道路交通事故多达10亿次，占到了全球 安全事故的90%[1]，而酒后驾驶和疲劳驾驶是造成道路 交通事故的重要原因。国内外在防止酒后驾驶上进行了 广泛而深入的驾驶安全研究工作。发表的论文在设计防 酒驾系统的时候，大都是驾驶员一旦进入驾驶室，系统 自动启动并使车辆点火开关处于断电状态，但忽略了车 门未关上时对测量结果的影响以及出现他人代为启动车 辆的情况发生。而国内外对疲劳驾驶的研究还停留在理论 和方法的探索上，没有系统的标准和完善的解决方案[2]。 此外，目前关于防止酒后驾驶和防止疲劳驾驶的安全系 统都是相互独立的，这也导致了资源浪费和车辆安全系 统的复杂性。
因此，设计的系统提供了一种体积小、便于安装、 成本低、简单有效具有自动检测和报警功能的智能防酒 驾和防疲劳系统，能有效地减少酒驾和疲劳驾驶情况的 发生，给司机和行人带来保障。
1 系统设计
系统以单片机为控制核心实现对霍尔传感器、 触摸传感器、酒精气敏传感器的信号处理，主要由 STC89C51单片机模块、电源模块、霍尔传感器电路、 触摸传感器模块、酒精气敏传感器模块、微动开关、报 警电路、继电器驱动电路、逻辑门电路、LCD显示模 块等组成，如图1所示。具有功耗低、自动检测、智能
2 主要硬件电路设计
2.1 霍尔传感器电路 霍尔传感器电路包含的元器件有：OH137霍尔传感
器、820Ω电阻和22pF电容各2个、一个或非门。 两个霍尔传感器分别安装在车辆的两个前门门框上
面，在车门的合适位置安装有磁性材料。当门打开时， 磁性材料远离霍尔传感器，此时霍尔传感器输出一个高 电平，反之，霍尔传感器输出一个低电平。霍尔传感器 输入的信号通过或非门输出。
1） 控制启动系统处于工作状态部分，主要是利用 霍尔传感器和从单片机检测到的微动开关信号构成正顺 序状态给防止酒后驾驶部分供电。
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图1 系统框图
收稿日期：2017-12-11 基金项目：国家自然科学基金（51465016） 作者简介：王小明（1959 -），男，江西吉安人，高级工程师，本科，主要从事流体机械设计制造与研究、机电过程
摘 要：交通安全已经成为了当今国际交通运输领域的重大难题之一，只有对驾驶员的驾驶行为进行有
效的控制，才能从根源上保障道路交通安全和人身安全。将防酒驾和防疲劳系统分为控制启
动系统处于工作状态部分、防止疲劳驾驶部分和防止酒后驾驶部分三部分，重点对霍尔传感
器、单片机、电容式触摸传感器、酒精检测电路、LCD、继电器驱动、报警电路等模块进行设
2.2 触摸传感器模块电路 考虑到稳定性、灵敏性、选择性、低功耗和宽电
压，设计选用TTP223型数字触摸传感器模块作为电容 式触摸传感器模块，并选用3个触摸传感器模块放置在 方向盘上，输出的信号输入CD4002并由管脚1输入到从 单片机中。将模块的A和B焊盘断开，管脚Q的功能选择 是直接模式、高电平有效CMOS输出，管脚OPDO的功 能选择是直接模式、高电平有效漏极开路输出。
防酒驾和防疲劳系统的设计与研究
Design and research of anti-drunk driving and anti-fatigue system
王小明，朱正清，熊国良
WANG Xiao-ming, ZHU Zheng-qing, XIONG Guo-liang
（华东交通大学 机电工程学院，南昌 330013）
【90】 第40卷 第7期 2018-07
2）防止疲劳驾驶部分，主要是利用电容式触摸传 感器构成的数字触摸传感器模块进行信号采集并通过从 单片机对报警电路和继电器驱动电路进行控制。
3）防止酒后驾驶部分，主要是利用酒精浓度传感 器检测车内酒精浓度进行信号采集并通过主单片机对报 警电路和继电器驱动电路进行控制。
化、兼具有防酒驾和防瞌睡功能等特点，将系统安装在 车辆上，可以实现防止酒后驾驶和防止瞌睡驾驶的功 能。结合实际情况，本系统分为控制启动系统处于工作 状态部分、防止疲劳驾驶部分和防止酒后驾驶部分三大 部分，由电源模块对防止疲劳驾驶部分进行电源供电， 由从单片机和霍尔传感器共同控制防止酒后驾驶部分的 电源：
模块的管脚1接5V电源模块，管脚2为输出端，管 脚3为接地端。
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图2 触摸传感器模块电路图
2.3 酒精气敏传感器模块电路
设计选用MQ3型酒精传感器，探测空气中酒精溶 度范围100×10-9～2000×10-9，浓度上限值为0.2%，主 要包括两个部分，信号输出回路和加热回路，可以将酒 精含量准确的通过传感器表面的电阻变化进行反映，并 通过与其串联的负载电阻上的有效电压信号输出模拟电 压量[3,4]。将模拟信号通过放大器LM393进行放大，输入 到ADC0832中。wenku.baidu.comQ3型酒精传感器在接触到酒精气体之 后，A端和B端之间的电阻值发生改变，并且当酒精浓度 越大，B点电位越高，经放大器获得的电压也越大[5]。
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图3 酒精气敏传感器模块电路图
2.4 A/D数据转换电路 设计选用模/数转换芯片ADC0832将放大后得到的
模拟电压转换成数字量送入到主单片机中。ADC0832 与单片机之间的接口有4条数据线，分别是CS、DO、 DI、CLK。但DO端与DI端在通信时，并不是同时有效 且与单片机的接口是双向的，因此在设计时将DO和DI 并联在同一根数据线上使用。
2.5 继电器驱动电路 设计选用的电磁继电器是JQC-3F电磁继电器。该
计，开发了一种兼具有智能检测、报警功能的防酒驾和防疲劳系统。经测试表明，系统稳定
可靠，安全可行，具有较好的推广价值。
关键词：单片机；启动系统；酒驾；疲劳驾驶
中图分类号：TP274
文献标识码：A
文章编号：1009-0134(2018)07-0090-04
0 引言
每年全球的道路交通事故多达10亿次，占到了全球 安全事故的90%[1]，而酒后驾驶和疲劳驾驶是造成道路 交通事故的重要原因。国内外在防止酒后驾驶上进行了 广泛而深入的驾驶安全研究工作。发表的论文在设计防 酒驾系统的时候，大都是驾驶员一旦进入驾驶室，系统 自动启动并使车辆点火开关处于断电状态，但忽略了车 门未关上时对测量结果的影响以及出现他人代为启动车 辆的情况发生。而国内外对疲劳驾驶的研究还停留在理论 和方法的探索上，没有系统的标准和完善的解决方案[2]。 此外，目前关于防止酒后驾驶和防止疲劳驾驶的安全系 统都是相互独立的，这也导致了资源浪费和车辆安全系 统的复杂性。
因此，设计的系统提供了一种体积小、便于安装、 成本低、简单有效具有自动检测和报警功能的智能防酒 驾和防疲劳系统，能有效地减少酒驾和疲劳驾驶情况的 发生，给司机和行人带来保障。
1 系统设计
系统以单片机为控制核心实现对霍尔传感器、 触摸传感器、酒精气敏传感器的信号处理，主要由 STC89C51单片机模块、电源模块、霍尔传感器电路、 触摸传感器模块、酒精气敏传感器模块、微动开关、报 警电路、继电器驱动电路、逻辑门电路、LCD显示模 块等组成，如图1所示。具有功耗低、自动检测、智能
2 主要硬件电路设计
2.1 霍尔传感器电路 霍尔传感器电路包含的元器件有：OH137霍尔传感
器、820Ω电阻和22pF电容各2个、一个或非门。 两个霍尔传感器分别安装在车辆的两个前门门框上
面，在车门的合适位置安装有磁性材料。当门打开时， 磁性材料远离霍尔传感器，此时霍尔传感器输出一个高 电平，反之，霍尔传感器输出一个低电平。霍尔传感器 输入的信号通过或非门输出。
1） 控制启动系统处于工作状态部分，主要是利用 霍尔传感器和从单片机检测到的微动开关信号构成正顺 序状态给防止酒后驾驶部分供电。
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图1 系统框图
收稿日期：2017-12-11 基金项目：国家自然科学基金（51465016） 作者简介：王小明（1959 -），男，江西吉安人，高级工程师，本科，主要从事流体机械设计制造与研究、机电过程
摘 要：交通安全已经成为了当今国际交通运输领域的重大难题之一，只有对驾驶员的驾驶行为进行有
效的控制，才能从根源上保障道路交通安全和人身安全。将防酒驾和防疲劳系统分为控制启
动系统处于工作状态部分、防止疲劳驾驶部分和防止酒后驾驶部分三部分，重点对霍尔传感
器、单片机、电容式触摸传感器、酒精检测电路、LCD、继电器驱动、报警电路等模块进行设
2.2 触摸传感器模块电路 考虑到稳定性、灵敏性、选择性、低功耗和宽电
压，设计选用TTP223型数字触摸传感器模块作为电容 式触摸传感器模块，并选用3个触摸传感器模块放置在 方向盘上，输出的信号输入CD4002并由管脚1输入到从 单片机中。将模块的A和B焊盘断开，管脚Q的功能选择 是直接模式、高电平有效CMOS输出，管脚OPDO的功 能选择是直接模式、高电平有效漏极开路输出。
防酒驾和防疲劳系统的设计与研究
Design and research of anti-drunk driving and anti-fatigue system
王小明，朱正清，熊国良
WANG Xiao-ming, ZHU Zheng-qing, XIONG Guo-liang
（华东交通大学 机电工程学院，南昌 330013）