一种多功能车载酒驾监测装置及方法与流程

本发明涉及一种多功能监测装置，特别是涉及一种多功能车载酒驾监测装置及方法。

背景技术：

酒精进入机体后，20％由胃吸收，80％由十二指肠吸收，酒精代谢为水和二氧化碳，约10％的酒精以原形物的形式由肾、肺、唾液和汗腺随尿液，汗液，唾液和呼吸排除体外。当前司机酒后驾驶的检测方法主要有两种：一种是检测司机的血液酒精浓度，另一种是检测司机呼气酒精浓度。从理论上说，要判断是否属于酒后驾驶，最准确的方法应该是检测驾驶人员血液中的酒精含量。但在交通违法行为处理或者公路交通例行检查中，现场抽取司机的血液往往不现实；现有技术中还出现了在方向盘上设置检测汗液酒精浓度的酒驾检测装置，但由于气温或者体质差异，喝酒过量后，并非所有机体的手心均会出汗，应用范围有限。因此，目前普遍采用的是现场检测司机呼气中的酒精浓度的方法。

现有的较为成熟的酒驾预警产品有手持式呼气酒精测试仪、萨博alcokey酒精钥匙和日产汽车的酒精钥匙等，其方法是在司机驾车行驶前向酒精浓度检测装置提供呼气样本，一旦检测到实际酒精含量超标则汽车停止启动。虽然此方式可以减少酒驾，但由于其检测模式单一，没有考虑到司机在驾车行驶前可能让他人代为呼气测试，存在代测作弊的情况。

现有技术中，公开号为cn102745080a的中国专利公开了一种酒驾控制系统及酒驾控制方法，通过设置判断驾驶人员是否在位的在位检测装置，只要在位检测装置检测到驾驶员更换或者进入，信号处理器都控制酒精检测装置进行酒精检测，进而解决代测作弊问题。此方案虽然能够解决代测作弊问题，但是在同行乘客也有醉酒的情况下，因空气扩散作用，很可能对酒驾做出误判，不能有效区分司机与同行乘客的酒精浓度；且通过人脸识别装置、压力传感器、手握传感器和车门开启检测装置等硬件设置解决代测问题，增加系统成本和硬件系统调试难度。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种多功能车载酒驾监测装置及方法。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种多功能车载酒驾监测装置，包括酒精传感器、人体感应开关、微处理单元和声光报警模块；

所述酒精传感器数量为两个或两个以上，分别安装在驾驶位和乘客位处；所述微处理单元的多个信号输入端分别与各酒精传感器输出端连接，微处理单元获取车内酒精浓度的分布情况，通过模糊算法区分司机与乘客的酒精浓度；

所述人体感应开关安装在车内，用于感测车内是否有司机和/或乘客存在，人体感应开关输出端与微处理单元启动端连接；

所述微处理单元第一输出端与所述声光报警模块输入端连接。

通过人体感应开关检测车内是否有人，当有人时自动开启酒驾监测装置，无需手动开启；无须向监测装置主动呼气，通过多路酒精传感器获得车内酒精浓度分布情况，利用模糊算法准确、高效的区分司机与和乘客的酒精浓度信息，当判断为酒驾时，通过声光报警模块提示司机停止驾车；该监测装置可适用于任何车型。

在本发明的另种优选实施方式中，还包括gsm模块，所述gsm模块输入端与微处理单元第二输出端连接，当监测为酒驾时gsm模块向预设手机号码发送提醒短信。

提醒司机家属该司机处于酒驾状态，方便其做出应对措施。

在本发明的再种优选实施方式中，还包括gprs模块、gps模块和服务器，所述gps模块的信号输出端与微处理单元的gps输入端连接，微处理单元第三输出端与所述gprs模块信号输入端连接，gprs模块信号输出端与服务器无线连接。

将车辆当前的位置信息上传至服务器，便于家属使用客户端从服务器上及时获知车辆当前位置。

在本发明的再种优选实施方式中，所述人体感应开关为人体红外传感器。

非接触测量，感应范围大。

在本发明的再种优选实施方式中，还包括用户手机，所述用户手机装载有酒驾监测app，司机或家属通过操作酒驾监测app查看当前汽车地理位置信息和呼叫周边代驾公司。

用户使用方便，可随时随地查看相关信息和处理酒驾问题。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种多功能车载酒驾监测方法，包括如下步骤：

s1：通过人体感应开关判断车内是否有司机和/或乘客存在，若存在，人体感应开关输出端输出开启信号至微处理单元启动端，所述多功能车载酒驾监测装置启动并执行s2，若不存在，所述多功能车载酒驾监测装置进入低功耗模式；

s2：微处理单元采集各酒精传感器的酒精浓度信号，并对酒精浓度信号进行融合处理，并将司机的酒精浓度信号的融合处理值作为模糊输入量；

对各酒精传感器输出的酒精浓度信号进行融合处理的方法为：

首先通过卡尔曼滤波法去除酒精浓度信号中的噪声；

再将去除噪声的信号按照时间顺序排序，并以时间顺序数为权数，拟合出加权算术平均数作为酒精浓度信号的融合处理值；

s3：对司机的酒精浓度信号的融合处理值进行模糊处理，获得模糊处理结果；

设司机的酒精浓度信号的融合处理值与给定的中间值偏差e的语言变量为e，其相应的模糊子集为ai(i＝1，2，...7)，论域为x，划分为七个等级，即x＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，模糊子集的语言取值为{pb，pm，ps，zo，ns，nm，nb}；

s4：对模糊处理结果按照模糊规则进行模糊推理，得到模糊推理结果；所述模糊规则为：

(1)ife＝pbthenu＝pb，如果偏差为正大，获得司机处于饮酒状态的模糊推理结果；

(2)ife＝pmandec＝pborec＝psthenu＝pm，如果偏差为中间级，则多次对比判断司机与乘客的酒精浓度关系，依据判断结果获得模糊推理结果；

(3)ife＝nbthenu＝nb，如果偏差为负大，获得司机未饮酒的模糊判断结果；

其中，u为模糊推理结果；

s5：反模糊处理步骤：对模糊推理结果进行反模糊处理，得到司机是否饮酒的判断结果，若酒驾，进入步骤s6，若非酒驾，返回s1；

s6：声光报警模块提示司机不要驾车。

只要车内有人就会开启多功能车载酒驾监测装置，不需要手动打开，当车内没人时，自动进入低功耗模式，节省能源；通过模糊处理方法，能准确的判断司机是否饮酒，并且区别司机和乘客的饮酒情况，给出是否酒驾的监测结果。

在本发明的再种优选实施方式中，在所述s6中还包括向预设手机号码发送提醒短信的步骤。

提醒司机家属该司机处于酒驾状态，方便其做出应对措施。

在本发明的再种优选实施方式中，在所述s6中还包括将司机驾驶地点的位置信息发送至服务器的步骤。

将车辆当前的位置信息上传至服务器，便于家属使用客户端从服务器上及时获知车辆当前位置。

在本发明的再种优选实施方式中，还包括使用用户手机装载的酒驾监测app通过服务器查看当前汽车地理位置信息和呼叫周边代驾公司的步骤。

用户使用方便，可随时随地查看相关信息。

附图说明

图1是本发明多功能车载酒驾监测装置一具体实施方式的系统运行图；

图2是本发明多功能车载酒驾监测装置一具体实施方式的连接框图；

图3是本发明多功能车载酒驾监测装置一具体实施方式的通信连接图；

图4是本发明多功能车载酒驾监测方法一具体实施方式的算法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语″纵向″、″横向″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明一种多功能车载酒驾监测装置的优选实施方式如图1、图2和图3所示，包括酒精传感器、人体感应开关、微处理单元和声光报警模块；

酒精传感器数量为两个或两个以上，分别安装在驾驶位和乘客位处；微处理单元的多个信号输入端分别与各酒精传感器输出端连接，微处理单元获取车内酒精浓度的分布情况，通过模糊算法区分司机与乘客的酒精浓度；

人体感应开关安装在车内，用于感测车内是否有司机和/或乘客存在，人体感应开关输出端与微处理单元启动端连接；

微处理单元第一输出端与声光报警模块输入端连接。

在本实施方式中，酒精传感器可选用型号为mq-3的酒精浓度传感器，其数量可按照座位数来确定，如包括驾驶位有四个座位，就分别在四个座位的人体头顶的前上方汽车顶部布置；用于探测汽车空间酒精浓度的酒精传感器也可以布置在汽车过道车顶上，但驾驶位上必须布置一个酒精传感器；为减小乘客呼气中的酒精对司机呼气酒精浓度测量的影响，优选的，在副驾驶位上安装酒精传感器。

在本实施方式中，微处理单元可选用带多路a/d采集的stm32单片机；人体感应开关优选为人体红外传感器，型号可选用lhi968，也可选择其他光电式传感器，人体感应开关可设置在车内车顶上，也可设置在汽车前台或汽车后座处，优选的，可选择多个人体感应开关分散布置在车内，任一人体感应开关感测到有人，均发送开启信号至多功能车载酒驾监测装置启动端，使其从低功耗模式切换到监测模式。低功耗模式，可以通过微处理单元进入待机状态实现。服务器可选用实体计算机服务器，也可选用云服务器。

在本实施方式中，司机和/或乘客进入车内时，人体感应开关发送输出信号至多功能车载酒驾监测装置启动端，即微处理单元的唤醒端，将其从待机中唤醒启动酒驾监测，采集车内多路酒精传感器的输出信号，酒精传感器的输出信号通过微处理单元内部的a/d转换模块进行模数转换；优选的，在酒精传感器输出信号输入微处理单元a/d采集端之前串接一个rc低通滤波器，滤除干扰信号。微处理单元执行模糊算法将采集的各个酒精传感器数据进行融合处理，模糊处理、模糊推理以及反模糊处理等，区分司机与乘客的酒精浓度值，若司机的酒精浓度值超过预设值，系统会通过语音报警模块进行语音和灯光闪烁的方式警示司机不要驾车。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括gsm模块，gsm模块输入端与微处理单元第二输出端连接，当监测为酒驾时gsm模块向预设手机号码发送提醒短信。

在本实施方式中，预设手机号码可存储在微处理单元的内部存储器中，gsm模块与微处理单元之间可通过rs232串口连接。gsm模块可选用华为或西门子等厂家成熟模块产品，这里不再赘述其结构和电路图。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括gprs模块、gps模块和服务器，gps模块的信号输出端与微处理单元的gps输入端连接，微处理单元第三输出端与gprs模块信号输入端连接，gprs模块信号输出端与服务器无线连接。

在本实施方式中，gprs模块可选独立功能模块，gps模块可选独立功能模块，如深圳市天工测控技术有限公司的型号为skg12a的gps模块，也可选择将gsm、gprs和gps功能集成在一起的集成模块，如中西集团的jnft-f2308模块。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括用户手机，用户手机装载有酒驾监测app，司机或家属通过操作酒驾监测app查看当前汽车地理位置信息和呼叫周边代驾公司。

在本实施方式中，用户手机可选择andriod手机。

本发明提供了一种多功能车载酒驾监测方法，图4所示为一种优选实施方式的流程图。

一种多功能车载酒驾监测方法，包括如下步骤：

开始步骤：通过人体感应开关判断车内是否有司机和/或乘客存在，若存在，人体感应开关输出端输出开启信号至微处理单元启动端，多功能车载酒驾监测装置启动并执行信号采集预处理步骤，若不存在，多功能车载酒驾监测装置进入低功耗模式；

信号采集预处理步骤：微处理单元采集各酒精传感器的酒精浓度信号，并对酒精浓度信号进行融合处理，并将司机的酒精浓度信号的融合处理值作为模糊输入量；

对各酒精传感器输出的酒精浓度信号进行融合处理的方法为：

首先通过卡尔曼滤波法去除酒精浓度信号中的噪声；

再将去除噪声的信号按照时间顺序排序，并以时间顺序数为权数，拟合出加权算术平均数作为酒精浓度信号的融合处理值；

模糊处理步骤：对司机的酒精浓度信号的融合处理值进行模糊处理，获得模糊处理结果；

设司机的酒精浓度信号的融合处理值与给定的中间值偏差e的语言变量为e，其相应的模糊子集为ai(i＝1，2，...7)，论域为x，划分为七个等级，即x＝{-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，模糊子集的语言取值为{pb，pm，ps，zo，ns，nm，nb}；模糊推理步骤：对模糊处理结果按照模糊规则进行模糊推理，得到模糊推理结果；所述模糊规则为：

(1)ife＝pbthenu＝pb，如果偏差为正大，获得司机处于饮酒状态的模糊推理结果；

(2)ife＝pmandec＝pborec＝psthenu＝pm，如果偏差为中间级，则多次对比判断司机与乘客的酒精浓度关系，依据判断结果获得模糊推理结果；

对比判断司机与乘客的酒精浓度关系的过程为：

a：对各乘客位处的酒精浓度信号的融合处理值，以距离驾驶位的距离为权值，获取加权算术平均值作为车内空间的空气酒精浓度值；

b：计算驾驶位和车内空间的空气酒精浓度值的比值，将比值与预设比值比较：

若比值大于预设比值，则司机处于饮酒状态，且司机的酒精浓度高于乘客酒精浓度；

若比值小于等于预设比值，则司机不处于饮酒状态，逐个将乘客位处的酒精浓度值与驾驶位的酒精浓度值比较，若乘客位处的酒精浓度值大于驾驶位，则该乘客位处的乘客处于饮酒状态；

预设比值通过经验值设定，可选1；

(3)ife＝nbthenu＝nb，如果偏差为负大，获得司机未饮酒的模糊判断结果；

其中，u为模糊推理结果；

上述每一条规则中的酒精浓度η都对应一种模糊关系：

η＝a1×c1∩∑⁵j＝1bj×c1

η＝a2×c2∩∑²j＝1bj×c2

………

η＝am×cm∩∑²j＝1bj×cm

如果用通式表达，则有

ηl＝e司机l∩e乘客l

如果某一时刻酒精浓度的偏差和偏差变化率分别为eⁱ和ecⁱ，那么根据模糊关系进行合成的推理运算而得到的控制量模糊值应为：

ηl＝eⁱ0e司机l∩ecⁱ0e乘客l(l＝1，2，……m)

因此，变增益模糊控制总的模糊输出控制量应为：

ηl＝∑^ml＝1ηl

经解模糊，将上述模糊矢量清晰化，得到一个确定的控制输出，此处按最大隶属度进行模糊决策，即η＝ηmax

根据语言变量，e，ec论域量化等级，并进行合理推理与解模糊，就可以得到一个模糊控制的查询表。

反模糊处理步骤：对模糊推理结果进行反模糊处理，得到司机是否饮酒的判断结果，若酒驾，进入步骤控制被控对象步骤，若非酒驾，返回开始步骤；

控制被控对象步骤：声光报警模块提示司机不要驾车。

在本实施方式中，模糊算法的隶属函数ua(x)如下表所示：

表1隶属函数ua(x)

在本发明的一种优选实施方式中，还包括向预设手机号码发送提醒短信的步骤。

提醒司机家属该司机处于酒驾状态，方便其做出应对措施。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括将司机驾驶地点的位置信息发送至服务器的步骤。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括使用用户手机装载的酒驾监测app通过服务器查看当前汽车地理位置信息和呼叫周边代驾公司的步骤。

在本说明书的描述中，参考术语″一个实施例″、″一些实施例″、″示例″、″具体示例″、或″一些示例″等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。