一、项目概述
1.1 导言
本方案依据Atmel Studio 5及AVR渠道，规划一个交融酒精检测、疲惫检测和车内空气质量检测为一体的轿车安全卫士体系，经过对驾驭员呼出气体的酒精浓度检测判别是否答应发动轿车；而且在驾驭进程中实时监控驾驭员的眼睛状况，假如发现驾驭员呈现打盹等状况则会经过声光提示驾驭员以及邻近车辆，必要时经过主动减速来保证驾驭员的人身安全。此外，经过对轿车内部的CO、CO2、O2等气体参数监测,显现气体浓度并提示驾驭员开窗，改进驾驭环境。
1.2 项目布景
据我国交通事故核算年报：2009年，全国共发生路途交通事故238351起，形成67759人逝世、275125人受伤，直接财产损失9.1亿元。其间酒后驾驭、疲惫驾驭等严峻违法行为是导致交通事故的首要要素。可是酒后驾车，仅仅在事故发生后或暂时查看时才进行驾驭者体内酒精浓度的检测，这样并不能从根本上削减悲惨剧的发生，为了防患于未然，本体系在轿车发动之前进行酒精浓度检测、预警；关于疲惫检测，现在国内这方面产品很少，比较有代表性的便是上一年南京远驱科技有限公司推出的gogo850安全行，可是此产品只能预警，并不能在必要的时刻采纳相应的强制办法。故该体系在规划时，不只考虑到预警机制，还在预警无效后强制轿车缓慢减速，从最大限度上削减因酒后驾车给人们带来的生命和财产损失。
1.3 体系特色
立异性：
（1）轿车发动之前进行酒精浓度检测、预警；
（2）疲惫检测预警无效后，必要时刻强制轿车缓慢减速；
环保性：
（1）检测空气质量，改进驾车环境；
（2）体系安全，低功耗，无污染；
二、需求剖析
2.1 功用要求
该体系规划完成三大功用：经过酒精监测防止酒后驾驭；经过人眼状况监测防止疲惫驾驭；经过车内的空气质量监测优化驾车环境。
功用一：酒精检测。在轿车发动之前对驾驭员邻近空气中酒精浓度进行检测。当检测到空气中酒精含量大于0.095mg/L（对应驾驭者每毫升血液中酒精含量大于或等于0.2mg——我国酒后驾车的断定规范），体系断开轿车焚烧开关，制止发动，一起宣布语音提示或许预警。此刻，体系仍处于作业状况。反之，轿车正常发动。
功用二：疲惫检测。实时监测驾驭者疲惫状况，假如驾驭者疲惫，先向驾驭员宣布预警，一起经过紧迫信号灯提示周围轿车，此刻体系进入紧迫形式；预警后再次检测，假如驾驭员仍处于疲惫状况，则中心操控器主意向变速器宣布操控指令，使轿车缓慢减速到较低等级。
功用三：车内空气质量监测。该体系能够实时监测车内的空气质量，并将气体浓度经过显现屏输出。假如车内空气质量不合格，则向驾驭者宣布预警。
2.2 功用要求
（1）轿车发动前活络、精确的检测车内酒精浓度。
（2）轿车发动后，全程实时监测驾驭者疲惫状况，精确取得驾驭者的睁闭眼次数及时刻。
（3）整个体系要求安全、安稳，功耗小，无污染。
三、方案规划
3.1 体系功用完成原理
图1 体系功用图
3.1.1酒精检测
（1）数据收集
经过酒精传感器对车内酒精浓度进行收集。经过对功用、环保、经济以及日后的推行等多方面要素的归纳考虑，咱们挑选功耗小、安稳性好、反响速度快，生产成本相对较低，适合于大量生产的半导体酒精传感器作为收集东西。该传感器便是将酒精浓度转变为电流信号输出。图2为半导体酒精传感器的作业原理图：
图2 酒精传感器作业
（2）数据处理体系
将收集到的数据送入体系终端进行剖析核算并采纳相应办法。因为人喝酒时，酒精被吸收，但并不会被消化，一部分酒精挥宣布去，经过肺泡，从头被人呼出体外。经测定，这种呼出气体中的酒精浓度和血液中酒精浓度的份额是2100：1，即每2100 ml 呼出气体中含有的酒精和1ml血液中含有的酒精在量上是持平的。使用酒精浓度和血液中酒精浓度会呈现出必定份额关系的原理，经过收集来的数据，核算出受测者血液中的酒精含量。
3.1.2疲惫检测
现在，关于疲惫程度的判别首要经过检测人眼状况来完成。该办法首要包含三部分：人眼定位，参数提取，疲惫程度判别，如图3所示。可是此办法受人眼定位差错的影响很大，为了战胜这个缺陷，本体系将摄像头嵌入头盔中，完成对人眼区域的固定定位。下面对数据收集和处理两部分的完成进行详细阐明：
图3 疲惫检测流程
（1）数据收集
经过摄像头取得驾驭员眼睛状况的图画数据，预处理后将其经过无线传输模块送入体系终端。在实践使用中，能够依据精度和精确度等实践要求，经过其他办法收集更精确的数据信息。
（2）数据剖析处
经过对收集来的数据进行处理，核算出评测疲惫程度的PERCLOS参数——该参数由美国联邦公路管理局研讨得到，被公认为是检测人类疲惫最牢靠、最有用的办法，具有很高的精确度——PERCLOS表征必定的时刻内眼睛闭合时刻所占的份额；其值越大，驾驭者的疲惫程度越严峻。体系将核算出来的PERCLOS参数值和预设值进行比较判别疲惫程度，采纳相应的办法。
3.1.3轿车主动变速
现在，主动变速器现已广泛使用在轿车上，而新式的电子操控主动变速器更是现在开展的抢手。其首要特色是完成一机多参数操控，并在此根底大将操控变速器的微机与操控发动机的微机兼并在一起，完成其归纳操控。一机是指选用单一微机操控，多参数是指输入微机的操控参数多元化，即操控参数不只有发动机转速、车速、节气门开度等信号，而且有反映发动机和变速器作业环境、车辆行进环境的信号，这些参数能全面反映发动机和变速器的实践工况。多规则是指操控微机中一起存储多种换挡规则，如最佳经济性和最佳动力性换挡规则等。传统的主动变速体系框图如下：
图4 传统的主动变速体系框图
本体系将PERCLOS参数作为微机输入操控参数，完成必要时轿车减速操控：轿车发动后，经过PERCLOS参数判别司机的疲惫状况，若超越阈值，首要向驾驭者宣布报警信号，此刻体系仍然处于实时检测状况，若必定时刻内正告无效，则微机操控单元会主动采纳减速办法。以下是改进后的主动变速器原理图：
图5 改进后的主动变速器原理图
3.1.4车内空气监测体系
因为轿车是一个关闭的小环境，对空气质量的自我调节能力差，或许导致空气中各成分浓度不平衡；一起汽油天然气等化石燃料的不完全焚烧或许发生CO等有毒气体。体系对CO、CO2、O2这三种要害气体进行了监测。
车内空气质量监测体系原理和酒精检测体系原理相似。首要使用一氧化碳传感器，二氧化碳传感器，氧气传感器收集数据；然后，对数据进行剖析，并与预设值进行比较。假如某项目标不合格，宣布预警。
3.2 硬件渠道选用及资源配置
本著作以依据Atmel AVR 32 AT32UC3A单片机操控器的EVK1105（EVK1100）为硬件渠道，并移植嵌入式操作体系μC/OSII作为终究开发体系。
EVK1105（EVK1100）包含FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等，而且具有类别完全的中止体系，具有输入捕获和比较匹配输出等多样化功用的定时器/计数器，具有替换功用的I/O端口等，这些都为μC/OSII的移植供给了很好的物理资源。
嵌入式操作体系μC/OSII（micro controller operating system）是专为微操控器体系和软件开发而规划的揭露源代码的抢占式实时多任务操作体系内核，是一段微操控器发动后首要履行的布景程序，作为整个体系的结构贯穿体系运转的一直。该嵌入式体系具有揭露源代码，可移植性好，可裁剪，可固化等优秀的特色。因为本著作中涉及到许多数据收集体系，所以移植实时性高，安稳性好μC/OSII无疑能够大大进步体系功用。
除此以外，咱们的著作还用到以下一些硬件资源：
酒精传感器
氧气、一氧化碳，二氧化碳气体传感器
AT86RF231或AT86RF212射频模块
轿车模型
3.3 体系软件流程
轿车车门翻开后，体系主动初始化，液晶显现器显现当时的车内环境的酒精、CO、CO2、O2浓度。假如检测到酒精浓度超支，体系会经过操控电子开关阻挠轿车发动，直到酒精浓度低于阈值才会敞开电子开关，答应发动；假如检测到CO、CO2、O2浓度超支，会提示驾驭员开窗通风。发动后，依据人眼状况辨认的疲惫检测体系初始化，并对人眼状况进行实时的收集、剖析，并做出相应的处理。其对应的软件流程图如下：
图6 软件流程图
3.4 体系预期作用
轿车安全卫士估计完成：发动前，经过对酒精浓度的检测来操控模型小车的发动。在行进的进程中，经过模仿人疲惫状况下眼睛的闭合来发生疲惫信号，使小车缓慢减速；一起，体系对车内环境的气体参数实时监测并显现，必要时提示驾驭员采纳相应的办法改进车内空气质量，优化驾驭环境。以下为详细模仿演示进程：
将酒精传感器置于酒精浓度超越预设值的环境中，此刻小车无法发动，语音模块宣布语音提示“制止酒后驾车”；反之，小车能够正常发动。
在小车发动后行进的进程中，由实验者带上特制头盔模仿人体打盹状况下眼睛的闭合来发生疲惫信号。详细为： 实验者悄悄眨动眼睛，体系没有发生反响，可是当人眼一次闭合时刻到达3-4秒时，轿车的警报响起，提示实验者慎重驾驭，假如实验者在提示后仍然处于之前的“打盹状况”，体系就会向小车宣布制动信号，小车将渐渐减速。
与此一起，体系对车内（用一个巨细适宜的密闭空间来模仿）的CO、CO2、O2浓度实时监测并显现，当气体浓度不超支时，传感器收集到的数据将仅仅被简略地显现在显现屏上；然后往容器中放入石灰石和稀盐酸的反响设备，进步容器里边的CO2浓度，体系呈现语音提示：“CO2浓度过高，影响您的驾驭状况，请开窗通风”。
