一、设计需求
1.1 设计需求总结
随着社会的发展和人们生活水平的提高，汽车已经成为人们出行的主要代步工具，与此同时，酒后驾车
所引发的事故越来越多，对人们的生命安全带来了威胁。为了控制酒后驾车，本文设计了一款能够安装
在车辆驾驶室内的酒后驾车监测系统。
这款设备选择STM32作为主控芯片，使用电机和控制开关模拟汽车发送机的运行，使用酒精探测器监测
驾驶员座位前方的酒精浓度，并通过LCD显示屏实时显示。当浓度超过阈值时，蜂鸣器报警，系统将当
前GPS定位通过短信发送给家人，此时系统会切断车辆电源，汽车将无法启动，以保障行车安全； 同
时，系统会将GPS信息，酒精采集浓度上传到OneNet云平台，通过地图形式展示车辆的位置，方便家人
定位位置。
测量酒驾的标准是：
（1）饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾
驶行为。（2）醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。
当前设备需要使用的硬件如下:
（1）STM32系统板 :系统主控芯片
（2）酒精检测传感器 ：检测酒精浓度
（3）LCD显示屏 ：显示采集的酒精浓度
（4）供电模块 ：系统供电
（5）SIM800C模块：发送短信
（6）蜂鸣器模块 ：报警
（7）GPS模块 : 采集当前GPS定位经纬度信息
1.2 研究的内容
本课题研究的重点是准确获得车内酒精浓度，并采用一定的数据处理手段，对是否达到醉驾标准进行判
断以消除酒驾对车主人身及财产安全的潜在威胁。为了精准地采集到关于酒精浓度的数据信息，本次设
计采用了专用型酒精传感器——MQ-3酒精传感器。MQ-3酒精浓度传感器检测人呼出气体中酒精的浓度
并且输出电压信号，然后把信号输出到STM32作处理，并完成数据采集、判断处理、数据的传输等功
能。
具体过程如下: STM32单片机采集酒精传感器的响应信号，并且进行转换，储存到专用变量中保存，然
后单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别，并且将结果输出到LCD显示屏幕上，同时可发出浓度阈
值的声光报警信号。从而实现酒精检测的功能。
基于STM32单片机对车载酒驾监控系统进行设计，包括线性稳压电源模块设计，数据检测采集单元设
计、软硬件的数据处理、输出控制模块及液晶显示单元设计等。
1.3 要解决的问题
针对酒后驾车导致交通事故频繁发生的现象，设计了一种能够防止酒后驾驶的控制系统。将酒驾带来的
潜在后果扼杀在源头。该系统可以自动对酒精浓度进行检测，以确保行车的安全。系统可以根据检测到
的酒精含量是否超标对驾驶人员反馈相应的信息。如果超标，则驾驶人员无法启动汽车，因此从根本上
杜绝了酒后驾车的出现。该系统具有性价比高，智能化程度高，工作稳定可靠的优点。而且可以用在需
要控制酒精浓度以确保安全的任何场合。
该系统以STM32单片机为核心，配以检测电路、控制电路、LCD 液晶显示电路、报警电路，从而实现智
能车载安全控制服务。由于具有设备检测的主动判断能力和较强的人机交互性，因此具有较高的实用价
值。
1.4 酒驾系统工作原理
大量的统计研究结果表明，如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟以上，这时呼出的气就是从肺
部深处出来的气体。呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量有如下关系:
其中，BAC代表血液酒精度，BrAC表示呼气酒精浓度，in mg/L表示以每升中多少毫克为单位。也就是
说,以毫克/升为单位的血液酒精浓度在数值上相当于以毫克/升为单位的呼气酒精浓度乘上系数2200 (由
于各国的情况不同,在美国此系数采用2000，而欧洲很多国家采用2100)。由于BrAC受到环境温度、湿
度,以及被测试者个体差异等多方面影响，其测试结果不如直接检测BAC准确,但是该结果仍可作为判断饮
酒程度的重要参考。
MQ-3型酒精传感器主要由气敏元件和电热丝组成。当MQ-3型传感器外接5V电压时，可将电热丝加热至
270 ℃~300 ℃。电路将MQ-3传感器的阻值变化转换为输出电压的变化，从而可以通过A/D转换成数字
量供单片机处理。系统采用超高灵敏度酒精传感器，超低功耗单片机系统，自动探测酒精浓度的方法，
可以防止驾驶人员逃避检测，以判断驾驶员是否是酒后开车。该系统可放置在汽车仪表盘位置，当司机
发动汽车时，酒精检测系统启动，此时发动机处于被锁状态，汽车无法启动。酒精传感器加热后，酒精
检测系统对酒信号成特定的比例关系，因而可根据电压信号进行酒精含量的判断。检测到的信号经过放
大和滤波之后，通过单片机内置的12位ADC转换为数字信号，由单片机对此信号进行处理判断，使 LCD
显示屏幕显示当前酒精浓度，同时正常指示灯亮起，控制继电器不起作用，汽车随之启动;反之，则进行
声光报警，控制继电器切断点火装置电源。汽车启动后，控制仪态，只有酒精浓度探测电路一直工作，
一旦驾驶人员驾驶过程中饮酒，酒精检测系统立即恢复到正常工作状态。
BAC(in mg/L)= BrAC(in mg/ L) x 22001
1.5 开发工具的选择
编程语言选择C语言，C语言执行效率高，大学里主学的C语言，C语言编译出来的可执行文件最接近于机
器码，汇编语言执行效率最高，但是汇编的移植性比较差，目前在一些操作系统内核里还有一些低配的
单片机使用的较多，平常的单片机编程还是以C语言为主。C语言的执行效率仅次于汇编，语法理解简
单、代码通用性强，也支持跨平台，在嵌入式底层、单片机编程里用的非常多，当前的设计就是采用C
语言开发。
开发工具选择Keil，keil是一家世界领先的嵌入式微控制器软件开发商，在2015年，keil被ARM公司收
购。因为当前芯片选择的是STM32F103系列，STMF103是属于ARM公司的芯片构架、Cortex-M3内核
系列的芯片，所以使用Kile来开发STM32是有先天优势的，而keil在各大高校使用的也非常多，很多教科
书里都是以keil来教学，开发51单片机、STM32单片机等等。目前作为MCU芯片开发的软件也不只是
keil一家独大，IAR在MCU微处理器开发领域里也使用的非常多，IAR扩展性更强，也支持STM32开发，
也支持其他芯片，比如：CC2530,51单片机的开发。从软件的使用上来讲，IAR比keil更加简洁，功能相
对少一些。如果之前使用过keil，而且使用频率较多，已经习惯再使用IAR是有点不适应界面的。
二、硬件选型
2.1 STM32系统板
主控CPU采用STM32F103RCT6，这颗芯片包括48 KB SRAM、256 KB Flash、2个基本定时器、4个通用
定时器、2个高级定时器、51个通用IO口、5个串口、2个DMA控制器、3个SPI、2个I2C、1个USB、1个
CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口，芯片属于大容量类型，配置较高，整体符合硬件选
型设计。当前选择的这款开发板自带了一个1.4寸的TFT-LCD彩屏，可以显示当前传感器数据以及一些运
行状态信息。
链接：https://detail.tmall.com/item.htm?id=540109077095&skuId=4456080806080&spm=a1z0d.6
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2.2 酒精检测传感器
MQ-3 使用的二氧化锡(SnO 2 )作为气敏材料， 当传感器处在存在酒精蒸汽环境中时， 传感器的电导率
会随着空气中酒精气体浓度的增加而增大,使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对
应的信号。
该模块主要特点如下:
（1）具有信号输出指示。
（2）输出的双通道信号（模拟量输出与 TTL 输出）。
（3）TTL 输出有效信号为低电平。
（4）模拟输出电压为 0~5V， 浓度高则电压高。
（5）对乙醇蒸汽拥有很高的灵敏度和不错的选择性。
（6）它具有较长的使用寿命和可靠的稳定性。
（7）快速的响应恢复特性。
链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=17949567819&ali_refid=a3_430582_1006:1104520036:
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2.3 SIM800C模块
SIM800C模块是一款高性能高性价比工业级的GSM/GPRS模块。本模块采用SIMCOM公司的工业级四频
850/900/ 1800/1900MHz SM800芯片，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。
链接地址: https://detail.tmall.com/item.htm?id=598197291400&ali_refid=a3_430582_1006:123126
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模块特点：
1、支持极限DC5V-18V宽电压输入
2、有电源使能开关引脚EN
3、支持锂电池供电接口VBAT3.5-4.5V
4、输入支持移动和联通手机卡Micro SIM卡
5、送51/STM32/ARDUINO驱动例程
1、DC 5V-18V电源输入，推荐使用DC 9V
2、电源开始使能引脚默认使能
3、电源地
4、GSM模块的TXD引脚接其它模块的RXD
5、GSM模块的RXD引脚接其它模块的TXD
6、数据终端准备
7、内核音频输出引脚
8、内核音频输出引脚
9、锂电池输入引脚，DC 3.5 - 4.5V
10、电源地
