呂坤，丁浩，閆偉

（宿遷學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

引言

引發(fā)交通事故的原因有很多，其中因酒后駕駛導(dǎo)致的交通事故頻繁發(fā)生，隨著人們生活水平的提高，車輛擁有量逐年提高，同時也導(dǎo)致了酒駕的情況越來越多，這對我國的交通安全帶來很大負(fù)面的影響[1]。隨著人們安全意識的提高，包括交警檢查、大量媒體宣傳等方式，酒駕率雖已經(jīng)逐步在下降，下降率達到45%，但是仍然存在一定的酒駕比例。

酒駕檢測系統(tǒng)旨在不改變現(xiàn)有駕駛習(xí)慣的基礎(chǔ)上，采用酒駕主動檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)具有主動性、防作弊性、抗干擾性及準(zhǔn)確性特點，實時檢測車輛內(nèi)酒精濃度、多源信息融合算法準(zhǔn)確判斷駕駛員是否喝酒。可以從根本上控制酒駕行為，同時降低現(xiàn)有交警現(xiàn)場檢查工作的人力、物力和財力投入，減少酒駕危險行為對社會發(fā)展和人民生活的危害。

1 系統(tǒng)總體框架與工作原理

酒駕檢測系統(tǒng)主要包括：信號采集模塊、信號處理模塊、信號交互模塊以及車載T-BOX 控制模塊，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)采用多傳感器分布方式，多通道信息采集，通過布局四個酒精傳感器和多個壓力傳感器，結(jié)合時間域和酒精濃度變化情況進行融合算法處理，排除副駕駛及后排乘客喝酒干擾信息，比單一傳感器檢測準(zhǔn)確度更高，提升了檢測系統(tǒng)的抗干擾性，從而準(zhǔn)確完成駕駛員酒駕檢測功能。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

其中信號采集模塊主要是通過壓力傳感器、MQ-3B 酒精檢測傳感器采集車載數(shù)據(jù)，在主駕駛座位的前后左右分別安置MQ-3 酒精檢測傳感器，實時檢測主駕駛座位周圍的酒精濃度，車內(nèi)的座位分別安置壓力傳感器，檢測汽車的車載情況；信號處理模塊主要完成對采集的數(shù)據(jù)信號的濾波、A/D轉(zhuǎn)換處理，處理后的數(shù)據(jù)信號通過串口將數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)終端；信息交互模塊是基于QT 的酒精信號處理軟件，分通道繪制酒精濃度實時曲線，直觀給出各酒精傳感器的實時信號變化情況，并結(jié)合車載情況以及多通道的數(shù)據(jù)融合算法，給出主駕駛是否酒駕的判斷，同時軟件后臺將以文件形式存儲檢測數(shù)據(jù)，為后期多源信息融合及大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐；車載T-BOX 模塊是整個檢測系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)終端軟件的判斷，給出相應(yīng)的控制響應(yīng)，避免主駕駛酒駕造成不必要的危害。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件平臺

酒駕檢測系統(tǒng)是基于Altera DE2-115 開發(fā)板搭建酒精數(shù)據(jù)采集和處理的硬件平臺，Altera DE2-115 開發(fā)板核心的FPGA 芯片為Cyclone IV 4CE115F29，配有RS-232 標(biāo)準(zhǔn)串口。上位機數(shù)據(jù)處理軟件是基于QT 的圖形數(shù)據(jù)處理軟件，編程語言為C/C++，具有很好的移植性，可以很方便將數(shù)據(jù)處理軟件移植到車載終端，車載終端與下位機FPGA 通過RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)的控制執(zhí)行機構(gòu)為車載T-BOX，車載終端通過T-BOX 控制車輛的行駛狀態(tài)，系統(tǒng)檢測出酒駕現(xiàn)象后，做出減速停車控制響應(yīng)，并將相關(guān)信息通過車載終端上傳發(fā)送給相關(guān)人員，避免駕駛員因酒駕而造成的交通安全事故。

2.2 傳感器模塊

酒駕檢測系統(tǒng)的傳感器模塊主要包括酒精檢測傳感器和壓力傳感器。酒精檢測傳感器選用MQ-3B 酒精傳感器，當(dāng)酒精傳感器所處環(huán)境中存在酒精蒸汽時，氣體傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中酒精氣體濃度的增加而增大。系統(tǒng)中 Altera DE2-115 開發(fā)板搭采用電壓輸入，將酒精濃度值轉(zhuǎn)換為0~5V電壓信號，酒精數(shù)據(jù)信號經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換得到0~1 之內(nèi)酒精濃度值。壓力傳感器選用薄膜壓力傳感器SBR，壓力傳感器用于檢測車載情況，當(dāng)汽車座位承受壓力值大于預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)判定該座位有乘客入座。

2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

酒駕檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊主要對采集的數(shù)據(jù)進行處理并將最終判定結(jié)果及車輛信息送到數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊完成酒駕主動檢測系統(tǒng)功能，通過數(shù)據(jù)融合算法實現(xiàn)對多傳感采集數(shù)據(jù)處理，綜合判斷車輛駕駛員是否飲酒，以達到準(zhǔn)確性、實時性的檢測目標(biāo)。在數(shù)據(jù)處理模塊輸出最終檢測結(jié)果基礎(chǔ)上，分別通過T-BOX 車載單元和無線通信模塊，將車輛信息實時發(fā)送至交通管理部門和車輛設(shè)定的指定聯(lián)系人，最終完成酒駕的控制。

2.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計

酒駕檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括基于FPGA 的數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和基于QT 的圖形數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)兩個部分，工作流程圖如圖2 所示。系統(tǒng)啟動后，軟件程序初始化，傳感器采集數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA 循環(huán)讀取傳感器采集的數(shù)據(jù)信號。FPGA 接收到傳感器的數(shù)據(jù)信號進行濾波、A/D 轉(zhuǎn)換處理，將采集的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值，通過壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)判斷車載情況，從而判斷酒精濃度數(shù)據(jù)的通道數(shù)，通過LCD 顯示酒精濃度實時數(shù)據(jù)，同時通過RS-232 將實時數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)終端。數(shù)據(jù)終端循環(huán)串口數(shù)據(jù)，并分通道繪制酒精濃度實時變化曲線，結(jié)合融合算法對多通道的酒精濃度數(shù)據(jù)分析處理，完成酒駕的最終判斷。

圖2 軟件流程圖

3 系統(tǒng)測試

按照系統(tǒng)框架圖搭建多通道酒精檢測系統(tǒng)，模擬車輛駕駛環(huán)境進行真實模擬酒精檢測情況，實驗人員分別進行不同程度的飲酒開展測量，在主駕駛位置前后左右分別布置酒精傳感器，駕駛員飲酒后坐在駕駛位置，其他飲酒人員模擬乘客分布在后、左、右側(cè)酒精傳感器附近。 經(jīng)過實驗，酒精濃度數(shù)據(jù)曲線如圖3 所示，從圖中可以看出酒精濃度隨時間變化規(guī)律，當(dāng)車載人員呼氣時酒精濃度瞬時上升，呼氣結(jié)束后急速衰減。圖中峰值最高的曲線對應(yīng)的是方向盤酒精傳感器，可以直觀看出其數(shù)據(jù)均值大于其余三個通道數(shù)據(jù)均值，結(jié)合融合算法判定主駕飲酒駕駛。

圖3 酒精濃度數(shù)據(jù)曲線

4 結(jié)論與展望

目前，信息融合被廣泛運用到工業(yè)檢測系統(tǒng)中，多傳感器信息融合也并不是一個新概念，其應(yīng)用非常廣泛，如目標(biāo)識別、車輛制導(dǎo)、遙感、戰(zhàn)場監(jiān)視和白動[2]。本系統(tǒng)從主動 安全、智能的角度，重新思考酒駕檢測原理，利用多傳感器對多個不同類型信息進行融合分析判別酒駕狀況，提高酒駕判斷準(zhǔn)確性和檢測精度。與此同時，通過車載單元T-BOX 系統(tǒng)對酒駕者進行提醒是否適宜駕駛，成本較低，適用于各類車型，市場前景良好[3]?？偠灾槍Ξ?dāng)前酒駕危害行為頻繁出現(xiàn)的原因，除了在立法方面進行不斷完善以外，還應(yīng)該進一步關(guān)注酒駕車輛及駕駛員的檢測力度，從根本上控制酒駕行為并有效遏制其危害行為的發(fā)生，讓社會更加和諧穩(wěn)定[4]。