CN104827906A - 一种基于无线传感网络的酒驾防范系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感网络的酒驾防范系统，该系统在汽车内部建立一个局域网并通过ZigBee协议传输相关指令，通过酒精传感器测试空气中酒精浓度和使用图像传感器对比瞳孔以及眼球变化来判断驾驶员是否酒驾，以及“酒驾”程度，并对酒后驾驶的驾驶员进行相应处理，可以锁定引擎，通风换气，发送短信，寻求代驾，做到安全出行，防止酒后驾驶的行为出现。

Description

一种基于无线传感网络的酒驾防范系统

技术领域

本发明涉及一种基于无线传感网络的酒驾防范系统，属于传感器技术嵌入式开发以及无线通信的交叉领域。

背景技术

2008年世界卫生组织的事故调查显示，大约50％-60％的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的主要原因。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起；而造成死亡的事故中50％以上都与酒后驾车有关，酒后驾车的危害触目惊心，已经成为交通事故的第一大“杀手”。2010年8月，十一届全国人大常委会第十六次会议首次审议刑法修正案(八)草案，醉酒驾驶会被判刑。

根据调查表明，40％的酒后驾车者“过高地相信自己的驾驶技术”。这类驾车者认为自己酒量大，开车技术过硬，总想用酒后驾车来“炫耀”自己的技术，结果造成险象环生。此外，酒驾者往往存在“侥幸心理”，认为自己以前饮酒驾驶从来没有出过事，也没有被抓过，而且也经常看到其他人酒后驾驶，于是便侥幸酒后驾驶，造成惨剧。

因此，对于酒驾的制止存在以下问题：

1)酒驾者存在侥幸心理，认为自己只是开一段路程，或者自己技术好，不会出现问题；

2)被人告知不可酒后驾驶，却一意孤行，没有强制措施处理；

3)酒驾者只有被交警查下或者出现事故之后才会幡然醒悟酒驾的危害；

在传统的车内酒驾辨别方式是通过检测到车内空气中的酒精浓度过高，而判定为驾驶员为“酒驾”，但当车内乘客饮酒而非驾驶员饮酒时，也会造成车内酒精浓度偏高，使得该判定方法出现误判；

同时，传统的酒驾处理方式只是判定驾驶员“酒驾”，并没有进一步有效的处理方式。而且传统酒驾处理装置的布线复杂，增加了机动车设计的复杂性。

为了防止酒驾发生，杜绝驾驶者侥幸心理，本发明设计了一种基于无线传感网络的酒驾防范系统，无线网络架设，简化系统设计，实现多种标准综合判定酒驾行为，并且做到根据不同判定结果有着不同的处理方案。

发明内容

技术问题：

本发明目的是提出一种安装于载客机动车的基于无线传感网络的酒驾防范系统。

技术方案：

本发明建立了一种基于无线传感网络的酒驾防范系统，其组成包括三部分：1.多重措施酒驾判定标准模块；2.酒驾处理方案模块；3.酒驾处理中心模块。

多重措施酒驾判定标准模块包括两个部分：

1)车内空气中酒精浓度测试。在方向盘上方安装一个以QM-J1型酒敏传感器为核心的无线传感器节点，称为无线酒精浓度感知节点。当QM-J1传感器探头检测到车内空气中酒精浓度的测试值超过所设定的标准值，QM-J1传感器探头传送信号给无线酒精浓度感知节点上的MCU，MCU便通过ZigBee无线通信协议给酒驾处理中心模块发送一个报警信号A。

2)为了防止是驾驶员所带乘客大量饮酒而造成的车内空气酒精浓度超出指标，本发明还在方向盘上安装了一个以OV7620芯片为核心的无线图像传感节点。当本发明设计的系统接收到报警信号A后，给无线图像传感节点发送激活信号，该传感器节点进行工作，扫描驾驶员的瞳孔，分析驾驶员的瞳孔是否变大，或者眼球是否无规律晃动。如果经该传感器节点分析，该驾驶员瞳孔放大且眼球无规律晃动，便通过ZigBee协议发送报警信号B到酒驾处理中心模块。

酒驾处理中心模块是本发明设计的系统的核心模块。酒驾处理中心模块负责通过ZigBee协议发送信号激活各个传感器节点，使其工作，并接收各个传感器节点反馈的信号，进行综合处理后，再通过ZigBee协议发送信号，运行车内相应的酒驾防范装置。

酒驾处理方案模块包括以下部分：

1)酒驾处理中心模块未接收到报警信号A和报警信号B，便判定没有酒后驾驶，驾驶员可以正常进行驾驶工作。

2)若酒驾处理中心模块只接收到报警信号A，未接收到报警信号B，便判定该驾驶员没有酒后驾驶，但是车内有人喝酒，则本发明的酒驾处理中心模块通过ZigBee协议给换气装置电路的节点发送信号，使换气装置电路接通，即打开换气装置，车内可以通过换气而净化车内空气。

3)若酒驾处理中心模块接收到报警信号A和报警信号B，便判定为该驾驶员“酒驾”。系统将采取4种处理：a.锁定引擎，使驾驶员不能继续行驶；b.打开换气装置，净化车内空气；c.将此次判定结果和驾驶员所在位置这两项信息通过短信形式发送给系统中预存的手机号码，使其能督促该驾驶员不要酒后驾驶；d.酒驾处理中心模块界面切换到代驾咨询界面，搜索附近代驾人员，寻找人员进行代驾。

有益效果：

本发明设计的基于无线传感网络的酒驾防范系统，有如下4个优势：

1.多重措施酒驾判定标准模块，避免误判增加驾驶员麻烦。

传统的酒后驾驶的检测措施，根据酒精浓度这一标准容易被喝酒乘客这一因素“蒙骗”，造成驾驶员驾驶麻烦。多重判定标准，增加了判定的准确性。

2.人性化相关措施处理。

该系统能人性化地面对接收到不同的报警信号，来处理相关情况。既能及时处理驾驶员酒后驾驶的情况，也能使车内空气得到净化。

3.使用无线传感网络，处理稳定迅速。

在汽车这个小范围创建一个局域网，使用ZigBee协议。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。而且便宜、低功耗的ZigBee模块非常适合用于近距离无线组网通讯。同时无线网络降低了传统的布线电路的复杂性，在现有的机动车上安装这种装置方便并且信号指令传输快捷。

4.酒驾防范系统启动方便。

每次驾驶员发动引擎，酒驾防范系统便启动，进入酒驾处理中心模块，当被判定为“酒驾”，引擎被锁定；代驾者到来后只需再次发动引擎，便可再次进入判定阶段。

附图说明

图1系统体系结构图。

图2系统工作流程图。

图3无线酒精浓度感知节点构造示意图，其中CC2530为ZigBee通信模块，QM-J1为无线酒精探头。

图4无线图像传感节点构造示意图，其中CC2530为ZigBee通信模块，OV7620为图像采集集成芯片。

图5方向盘传感器布置图，其中A点为无线图像传感节点，B点为无线酒精浓度感知节点。

图6“酒驾”程度判定流程图。

图7报警信号A数据包内容。

图8报警信号B数据包内容。

图9处理方案示意图。

具体实施方式

本发明建立了一种基于无线传感网络的酒驾防范系统，由多重措施酒驾判定标准模块、酒驾处理中心模块、酒驾处理方案模块三部分构成。

下面将结合附图对本发明作详细描述。

步骤1：设计一种基于无线传感网络的酒驾防范系统，由多重措施酒驾判定标准模块、酒驾处理中心模块、酒驾处理方案模块三部分构成。系统体系结构如图1所示，系统工作流程如图2所示。

步骤2：设计一个以QM-J1型酒敏传感器探头为核心的无线酒精浓度感知节点，该节点的构造如图3所示。其中QM-J1型酒敏传感器是专门为检测乙醇蒸汽而设计的新型传感器件。该传感器对乙醇蒸气有较高的灵敏度，而对正己烷和汽油等烷烃蒸气的灵敏度很低，具有较好的选择性和稳定性，可以有效地感应车内酒精浓度变化。人体呼出气体中的酒精浓度和血液中酒精浓度的比例是2100:1，也就是说，每2100ml呼出气体中含有的酒精，和1ml血液中含有的酒精，在量上是相等的。所以如果传感器检测到的酒精浓度值显示为40mg/100ml，那么抽血化验的值也在40mg/100ml左右。由于我国对于酒后驾驶分两种：1、酒精含量达到20mg/100ml，但不足80mg/100ml，属于饮酒驾驶；2、酒精含量达到或超过80mg/100ml，属于醉酒驾驶。因此本发明对“酒驾”程度设置了两种判断结果：“饮酒驾驶”，“醉酒驾驶”。同时设定2个标准值：标准值1为20mg/100ml，为“饮酒驾驶”的酒精浓度门限；标准值2为80mg/100ml，为“醉酒驾驶”的酒精浓度门限。在打开换气装置时，根据报警信号A中数据包中的“酒驾”程度，执行不同程度的通风换气方案。当数据包显示为“饮酒驾驶”，执行弱风换气；数据包显示为“醉酒驾驶”，执行强风换气。

步骤3：当无线酒精浓度感知节点感知到车内酒精浓度超标时，开启车内的无线图像传感节点，对驾驶人是否存在酒驾行为做进一步判断。本发明在方向盘上安装了一个以OV7620芯片为核心的无线图像传感节点，该节点的构造如图4所示。OV7620是一款CMOS摄像头器件，提供高性能的彩色CMOS型图像采集。该节点上装有可在黑暗环境中进行图像采集的夜视。本发明此处设计的无线图像传感节点主要通过采集人眼瞳孔大小和位置进行相关判断。根据调查，当接受检查时，眼球会盯于一点，基本不会晃动，而喝酒后，神经无法控制眼球，眼球会有略微的无规律晃动。这一点通过采集到的几张瞳孔位置进行比较判断是否眼球晃动，并且喝酒人员瞳孔会比正常时期扩大约25％。

步骤4：在方向盘上分别安装一个无线酒精浓度感知节点和一个无线图像传感节点，此即为多重措施酒驾判定标准模块，如图5所示。

步骤5：开展酒驾处理方案模块的设计，具体包括如下的步骤6至步骤9。

步骤6：开启锁定引擎功能的设计。当负责接收报警信号A和报警信号B的酒驾处理中心模块判定出驾驶员的酒驾行为后，通过ZigBee协议将锁定引擎指令发出，位于引擎中的传感器节点接收到指令之后，使该电路断路，无法发动引擎。

步骤7：开启通风换气功能的设计。当酒驾处理中心模块接收到报警信号A后，判定车内空气中酒精浓度偏高，便给换气装置电路中的传感器节点发送信号，使该电路接通，换气装置工作，净化车内空气。

步骤8：开启发送短信功能的设计。当酒驾处理中心模块判定驾驶员为酒后驾驶后，启动车载导航确定此时地理位置，将驾驶员此时所在地理位置和该驾驶员酒后驾驶的判定结果发送给系统中预存的手机号码，让存入手机号码的人能了解驾驶员此时状态，并能过来协助他开车离开。

步骤9：开启寻求代驾功能的设计。当酒驾处理中心模块判定出驾驶员的酒驾行为后，启动代驾搜索程序，搜索附近的代驾人员，显示出代驾人员信息和电话，让驾驶员可以电话联系代驾人员前来代驾。

步骤10：开展系统具体执行流程的设计。当车钥匙插入后，车内各个开关通电，车载电脑自动启动，并优先启动酒驾防范系统，然后通过ZigBee模块发送信号激活无线酒精浓度感知节点进行“酒驾”的测试。

步骤11：进行车内空气中酒精浓度测试。将QM-J1型酒敏传感器探头检测到的车内空气中酒精浓度的测试值与本系统预先设定的标准值进行比较，从而判定出“酒驾”程度，其比较过程如图6所示。当传感器节点检测到的测试值超过20mg/ml时，通过ZigBee无线通信协议给酒驾处理中心模块发送一个报警信号A，该报警信号的数据包内容如图7所示。

步骤12：当酒驾处理中心模块收到报警信号A后，通过ZigBee协议给无线图像传感节点发送信号，并将其激活使其开始工作。若当前车内的光线强度低于阈值，则无线图像传感节点的夜视灯自动亮起，示意驾驶员进行瞳孔扫描检查。无线图像传感节点中的OV7620芯片扫描驾驶员的瞳孔大小和眼球晃动轨迹。如果经该传感器节点分析，该驾驶员存在瞳孔放大且几张瞳孔图像处于不同位置(即为眼球晃动)，便通过ZigBee协议发送报警信号B到酒驾处理中心模块。报警信号B中的数据包内容如图8所示。

步骤13：酒驾处理中心模块接收QM-J1型无线酒精浓度感知节点和OV7620型无线图像传感节点传来的信号做出相关的处理。其处理方案如图9所示。具体方案如下。

1)若酒驾处理中心模块未接收到报警信号A和报警信号B，且当前车辆上也无人饮酒，便判定没有酒后驾驶，驾驶员可以正常进行驾驶工作。

2)若酒驾处理中心模块只接收到报警信号A，未接收到报警信号B，便判定为驾驶员未饮酒，但乘客中有人饮酒，所以系统通过ZigBee协议给换气装置电路的节点发送信号，使此处电路通，即打开换气装置，车内可以通过换气而净化车内空气。

3)若酒驾处理中心模块接收到报警信号A和报警信号B，便判定为该驾驶员“酒驾”，则系统采取如下四项处理措施：a.锁定引擎，使驾驶员不能继续行驶；b.打开换气装置，净化车内空气；c.将此次判定结果和驾驶员所在位置这两项信息通过短信形式发送给系统中预存的手机号码，使其能督促该驾驶员不要酒后驾驶；d.酒驾处理中心模块界面切换到代驾咨询界面，搜索附近代驾人员，寻找人员进行代驾。代驾人员坐到驾驶位置重新发动引擎，则本系统对驾驶人的饮酒情况重新判定。

Claims (4)

1.一种基于无线传感网的酒驾防范系统，其特征在于：由多重措施酒驾判定标准模块、酒驾处理中心模块、酒驾处理方案模块三部分构成。

2.如权利要求1所述的酒驾防范系统，其特征在于，多重措施酒驾判定标准模块包括两个部分：

1)在方向盘上方安装一个以QM-J1型酒敏传感器为核心的无线传感器节点即无线酒精浓度感知节点，当QM-J1传感器探头检测到车内空气中酒精浓度的测试值超过所设定的标准值，QM-J1传感器探头传送信号给无线酒精浓度感知节点上的MCU，MCU便通过ZigBee无线通信协议给酒驾处理中心模块发送一个报警信号A；

2)在方向盘上安装了一个以OV7620芯片为核心的无线图像传感节点，当本发明设计的系统接收到报警信号A后，给无线图像传感节点发送激活信号，该传感器节点进行工作，扫描驾驶员的瞳孔，分析驾驶员的瞳孔是否变大，或者眼球是否无规律晃动；如果经该传感器节点分析，该驾驶员瞳孔放大且眼球无规律晃动，便通过ZigBee协议发送报警信号B到酒驾处理中心模块。

3.如权利要求1所述的酒驾防范系统，其特征在于，酒驾处理中心模块负责通过ZigBee协议发送信号激活各个传感器节点，使其工作，并接收各个传感器节点反馈的信号，进行综合处理后，再通过ZigBee协议发送信号，运行车内相应的酒驾防范装置。

4.如权利要求1所述的酒驾防范系统，其特征在于，酒驾处理方案模块包括以下部分：

1)酒驾处理中心模块未接收到报警信号A和报警信号B，便判定没有酒后驾驶，驾驶员可以正常进行驾驶工作；

2)若酒驾处理中心模块只接收到报警信号A，未接收到报警信号B，便判定该驾驶员没有酒后驾驶，但是车内有人喝酒，则本发明的酒驾处理中心模块通过ZigBee协议给换气装置电路的节点发送信号，使换气装置电路接通，即打开换气装置，车内可以通过换气而净化车内空气；

3)若酒驾处理中心模块接收到报警信号A和报警信号B，便判定为该驾驶员“酒驾”，系统将采取4种处理：a.锁定引擎，使驾驶员不能继续行驶；b.打开 换气装置，净化车内空气；c.将此次判定结果和驾驶员所在位置这两项信息通过短信形式发送给系统中预存的手机号码，使其能督促该驾驶员不要酒后驾驶；d.酒驾处理中心模块界面切换到代驾咨询界面，搜索附近代驾人员，寻找人员进行代驾。