孫玉生 付強(qiáng) 于茜 王宇陽(yáng) 武傳勝

【摘要】隨著城市交通規(guī)模的發(fā)展和擴(kuò)大，醉酒駕車(chē)和酒后交通事故越來(lái)越受到社會(huì)各界的關(guān)注。酒后駕駛發(fā)生交通肇事，不僅給國(guó)家造成巨大經(jīng)濟(jì)損失、給受害人和駕車(chē)人雙方家庭造成家破人亡的悲劇，而且嚴(yán)重影響交通破壞社會(huì)和諧。

【關(guān)鍵詞】紅外光；酒精檢測(cè)器；光譜分析儀

一 前言

酒后駕車(chē)造成交通事故不計(jì)其數(shù)，帶來(lái)很大危害。各國(guó)都在采取各種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但最終沒(méi)有找到一個(gè)很好的解決方法。美、日等國(guó)的研究表明，血液中酒精濃度為0.03%、0.09%、0.15%時(shí)，駕駛能力分別可下10%、25%、30%。飲酒可致駕駛員視覺(jué)功能、觸覺(jué)敏感度、判斷能力、注意力等下降，從而致交通事故的發(fā)生。而醉酒駕車(chē)是指車(chē)輛駕駛?cè)藛T血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100mL的駕駛行為。

2 車(chē)內(nèi)酒精測(cè)試系統(tǒng)組成

整個(gè)產(chǎn)品由紅外光發(fā)射、接收器，壓力傳感器，頻譜分析儀，光電轉(zhuǎn)換器，控制器和警示燈組成。頻譜分析儀分析酒精含量，光電轉(zhuǎn)換器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)輸入到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制制動(dòng)和警示燈，車(chē)的前后分別安裝有兩個(gè)警示燈，前后的警示燈可以提示該車(chē)的前、后車(chē)司機(jī)，該車(chē)是否為酒后司機(jī)駕駛，同時(shí)兩個(gè)警示燈還可被路邊電子攝像頭拍攝，類(lèi)似于攝像頭拍攝超速行駛車(chē)輛一樣，可作為開(kāi)出罰單的依據(jù)。

前端由紅外線發(fā)射端和接收端組成，紅外光發(fā)射端和接收端安裝在車(chē)的駕駛座的上方，能使發(fā)出的紅外光照射到司機(jī)。當(dāng)司機(jī)坐到駕駛座上時(shí)，壓力傳感器受到壓力的作用，啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)；安裝在駕駛座上方的紅外線發(fā)射端將發(fā)出紅外光，發(fā)射出的紅外光照射到司機(jī)的皮膚上，經(jīng)過(guò)皮膚的吸收、反射之后，由接收端接收由皮膚反射回來(lái)的紅外光，接收到的反射光將傳入頻譜分析儀；頻譜分析儀根據(jù)反射紅外光的頻譜情況，對(duì)比分析反射光的頻譜組成，將光信號(hào)輸入到光電信號(hào)轉(zhuǎn)換儀中；光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)輸入到控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)將根據(jù)由光電轉(zhuǎn)換器輸入的電信號(hào)強(qiáng)弱，選擇發(fā)出控制系統(tǒng)中的指令。控制系統(tǒng)中的指令包括：警示燈不亮、汽車(chē)不制動(dòng)；警示燈亮、汽車(chē)不制動(dòng)；警示燈亮、汽車(chē)制動(dòng)。

整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)依靠設(shè)在座椅上的壓力傳感器來(lái)控制，當(dāng)壓力傳感器受到一定的壓力時(shí)，控制開(kāi)關(guān)接通電源，整個(gè)系統(tǒng)的電路電源接通，紅外光發(fā)射端發(fā)出紅外光，紅外光經(jīng)過(guò)皮膚的吸收、反射之后由接收端接收反射回來(lái)的紅外光。

頻譜分析儀根據(jù)普通人和飲酒后人的皮膚吸收紅外光中各頻段光的量不同而制成。紅外光的發(fā)射端發(fā)出各個(gè)頻段光量相等的紅外光，接收端接收皮膚反射回來(lái)的紅外光，輸入到頻譜分析儀，頻譜分析儀分析接收到的各個(gè)頻譜段的光量，根據(jù)接收到的各個(gè)頻段的光量情況，分析被檢測(cè)人的飲酒量，將分析后的信號(hào)輸入給光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器。而飲酒后人體的皮膚吸收某個(gè)頻段的光量情況，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析飲酒量和吸收該頻段光量的比例來(lái)確定，通過(guò)實(shí)驗(yàn)形成數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)找到飲酒量與皮膚吸收各頻段的光量的比例關(guān)系，通過(guò)比例關(guān)系形成頻譜分析儀中的分析程序。從而根據(jù)飲酒量的多少轉(zhuǎn)換成了光信號(hào)。

光電轉(zhuǎn)換器主要是將由頻譜分析儀分析之后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電轉(zhuǎn)換器根據(jù)頻譜分析儀分析出來(lái)的司機(jī)皮膚中的酒精含量，輸出大小不一樣的電信號(hào)。輸出的電信號(hào)輸入到控制系統(tǒng)中。

控制系統(tǒng)由邏輯組合電路組成，當(dāng)輸入的電信號(hào)小于或等于設(shè)定的普通人的電信號(hào)時(shí)，警示燈不亮、汽車(chē)不制動(dòng)；當(dāng)輸入的電信號(hào)大于普通人而小于醉酒者的電信號(hào)時(shí)，警示燈亮、汽車(chē)不制動(dòng)；當(dāng)輸入的電信號(hào)大于或等于醉酒者的電信號(hào)時(shí)，警示燈亮、汽車(chē)制動(dòng)。這樣就能控制了醉酒駕駛者，并且能夠給別人提示，自己身邊的車(chē)輛是否是酒后司機(jī)駕駛，給別人有了一定的主動(dòng)性。同時(shí)也比較的人性化，有些人雖然喝了一些酒但還沒(méi)喝醉，還能夠駕駛車(chē)輛的，我們給他們打上了標(biāo)示，以便交通警察開(kāi)出罰單和鄰近酒后司機(jī)駕駛車(chē)輛的司機(jī)的自主性，同時(shí)還給過(guò)馬路的行人一個(gè)提醒，在酒后司機(jī)駕駛的車(chē)輛行駛在路上時(shí)，是否選擇過(guò)馬路。

警示燈的顏色我們會(huì)選擇顏色比較鮮艷，能夠在遠(yuǎn)距離、雨天和濃霧天氣中不影響到觀察。比如黃色等。并且燈光我們會(huì)采用閃爍式的，那樣更能引起人們的注意，起到提醒的作用。警示燈安裝的時(shí)候應(yīng)該選擇在前后車(chē)牌的附近，那樣路邊電子攝像頭拍攝到警示燈亮?xí)r也能拍攝到車(chē)牌號(hào)碼。

3 車(chē)內(nèi)酒精測(cè)試儀器選擇

本論文中我們選擇的是傅立葉變換紅外光譜儀，傅立葉變換紅外光譜儀是二十世紀(jì)七十年代問(wèn)世的，屬于第三代紅外光譜儀，它是基于光相干涉原理而設(shè)計(jì)的干涉型紅外光譜儀。傅立葉變換紅外光譜儀具有掃描速度快，光通量大，分辨率高，測(cè)定光譜范圍寬，適合各種聯(lián)機(jī)等優(yōu)點(diǎn)。

傅立葉變換紅外光譜儀沒(méi)有色散元件，主要由光源、干涉儀、檢測(cè)器、計(jì)算機(jī)和記錄儀等組成。其核心部分是邁克爾遜干涉儀（見(jiàn)圖1）。它將光源來(lái)的信號(hào)以干涉圖的形式送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行傅立葉變換的數(shù)學(xué)處理，最后將干涉圖還原成光譜圖。干涉儀由定鏡、動(dòng)鏡、分束器和探測(cè)器組成，其中分束器（簡(jiǎn)稱(chēng) BS）是核心部分。分束器的作用是使進(jìn)入干涉儀中的光，一半透射到動(dòng)鏡上，一半反射到定鏡上，又返回到 BS 上，形成干涉光后送到樣品上。不同紅外光譜范圍所用的 BS 不同。

傅立葉變換紅外光譜儀通常使用的光源是能斯特?zé)?、硅碳棒或涂有稀土化合物的鎳鉻旋狀燈絲；檢測(cè)器多使用熱釋電檢測(cè)器和碲鎘汞檢測(cè)器；紅外譜圖的記錄、處理一般都是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。目前國(guó)內(nèi)外都有比較好的工作軟件，如美國(guó) PE 公司的spectrum v3.01，它可以在軟件上直接進(jìn)行掃描操作，可以對(duì)紅外譜圖進(jìn)行優(yōu)化、保存、比較、打印等。此外，儀器上的各項(xiàng)參數(shù)可以在工作軟件上直接調(diào)整。

整個(gè)控制系統(tǒng)如下：

系統(tǒng)采用的是邏輯組合電路，根據(jù)輸入的電信號(hào)，要控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)，分別整個(gè)的控制系為S1，S2。開(kāi)關(guān)S1控制警示燈，開(kāi)關(guān)S2控制汽車(chē)的制動(dòng)。當(dāng)輸入的電信號(hào)的值小于或等于A時(shí)，開(kāi)關(guān)S1，S2均斷開(kāi)，即警示燈不亮、汽車(chē)不制動(dòng)；當(dāng)輸入的電信號(hào)的值大于A小于B時(shí)，開(kāi)關(guān)S1閉合，開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，即警示燈亮、汽車(chē)不制動(dòng)；當(dāng)輸入的電信號(hào)的值大于或等于B時(shí)，開(kāi)關(guān)S1和S2均閉合，即警示燈亮、汽車(chē)制動(dòng)。

假設(shè)基準(zhǔn)電源Rref1=5V，Rref2=10V 輸入信號(hào)Uin

Rref1即為A：普通人和飲酒者之間區(qū)分點(diǎn)的電信號(hào)的電壓值；

Rref2即為B：飲酒者和醉酒者之間區(qū)分點(diǎn)的電信號(hào)的電壓值；

Uin：光電轉(zhuǎn)換器的輸入給控制器的電壓值。

S1為低電平時(shí)即為S1斷開(kāi)，警示燈不亮；

S1為高電平時(shí)即為S1閉合，警示燈亮；

S2為低電平時(shí)即為S2為斷開(kāi)，汽車(chē)不制動(dòng)；

S2為高電平時(shí)即為S2閉合，汽車(chē)制動(dòng)。

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