摘要：本文设计了一款基于5G网络的智能酒精检测终端，该终端应用最新的5G移动通信技术，能够实现呼气测试数据实时回传、高质量音视频信息采集、证件及人脸识别、车辆信息识别比对等功能。具有低成本、低功耗、高灵敏度，智能化程度高等特点，有着良好的应用前景。
关键词：人脸识别、酒精检测；信息识别；酒后驾车；信息采集；测试数据、交通事故、终端应用
前言：随着经济社会的高速发展，我国机动车数量突飞猛涨，驾驶员数量急速增长。每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起，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”。
目前，世界上绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。经过几代的发展，目前在用的酒精测试仪已能通过蓝牙和wifi网络进行数据归集。现场执法过程中的每一个呼气检测数据，都能通过人工导入后台系统。但是，在使用过程中仍存在一定的缺陷。①通信方式落后。蓝牙传输速率较低，wifi网络覆盖有限，无法满足实时大流量数据传输。②功能应用单一。只能进行酒精测试，无法识别驾驶员和车辆信息，不能实时获取执法现场情况及位置。③体积较大，不方便携带。
基于5G网络的智能酒精检测终端，应用最新的5G移动通信技术，很大程度的满足呼气测试数据实时回传、现场高质量音视频信息回传、证件及人脸识别、车辆信息识别比对等应用数据的传输，为执法提供了便利。本终端的设计，将提高执法部门的工作效率及管理水平，为公平公正执法提供保障。
1 系统架构
本终端由STM32主控制器、酒精检测模块、5G通信模块、NFC模块、视频采集模块、卫星定位模块、显示模块和声光报警模块组成。通过软件配合，从而实现5G网络通信、人脸识别、证件及车辆信息识别、实时卫星定位及执法记录等功能。如图1所示。
2 硬件设计
2.1 主控模块
本系统采用ST公司推出的基于ARM内核的微处理器STM32系列芯片作为系统的主控芯片，该处理器具有运算速度快、处理能力强、稳定性好、超低功耗等优点，是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM。它是整个终端的核心控制系统，负责全程的数据处理、分析。
2.2 5G通讯模块
5G通信模块采用中移物联网公司最新推出基于高通Qualcomm SDX55平台的5G通信模组F02X，该模组拥有2G/3G/4G/5G多模通信技术，支持5G独立SA和NSA（非独立）网络部署，集成GNSS定位能力，下行速率至少可达2Gbps，上行速率最高可达1.2Gbps。采用LGA封装，支持Mini PCle、USB 3.1、I2S、GPIO等多种应用接口，主要应用于VR/AR、视频监控、工业互联网、工业PDA等领域。
2.3 酒精检测模块
目前，常用的酒精浓度检测方法有3种，即呼气式酒精检测法、唾液酒精检测法和血液酒精检测法。为了使用方便，通常便携式酒精检测终端会选用呼气式酒精检测法进行酒精浓度检测。
“呼气式酒精检测仪”，它大至分成五类：湿化学法、气相色谱法、电化学方法、红外光谱法、半导体传感器。目前市面上主流的呼气酒精测试设备常用的是电化学法，电化学型酒精检测仪选用的是气敏元件燃料电池酒精传感器。该传感器选用白金作为电极原料且在其燃烧室防止催化剂，然后渗透到反应腔内的酒精气体在催化剂的作用下充分燃烧，最后转化为电能，即两极间产生电位差。所产生的电能被外界的负载锁耗掉。该电压和反应腔中酒精气体的含量成正比关系，根据酒精检测电路原理可知，此刻电流和酒精气体的含量也成正比关系，但由于燃料电池型酒精传感器只对酒精气体反应，因此即使被测气体中酒精的含量很低，它的两极也会产生微弱的输出电压。因此与其他检测方式相比较，电化学法在精度，稳定性，抗干扰能力方面更强。
终上所述，选用本系统采用ME3A-C2H5OH电化学式酒精传感器。
2.4 NFC模块
NFC模块由NXP公司推出的CLRC663作为主要控制芯片。该芯片支持SPI通讯协议，供电电压3.3-5V，工作电流50mA，读卡距离0-7cm。同时，CLRC663将高射频性能与超小型HVQFN33封装独特地结合起来，保证了较大的读取范围和读取可靠性，为节省能源和资源的应用提供了保障。完全兼容ISO/IEC 14443 A&B、ISO/IEC 15693、ISO/IEC 1 8000-3 Mode3和Feli-CaTM标准，并支持NFCP2P通信模式。主要用于各类IC卡证件信息的读取，为终端的证件查验功能提供硬件支撑。
2.5 视频采集模块
视频采集模块由索尼IMX415图像传感器构成。IMX415为索尼半导体最新推出的世界上最小的图像传感器，该传感器基于堆栈式CMOS技术，尺寸仅为1/2.8英寸，具有8.46M有效像素，最大支持4K分辨率拍摄，支持星光夜视技术，能在暗光环境下能够拍摄出更清晰的影像。为人像识别系统、执法记录系统的运行提供高清的图像信号。
2.6 卫星定位模块
本模块采用ATGM336H卫星定位模块。ATGM336H 是高灵敏度，支持BDS/GPS/GLONASS卫星导航系统的单系统定位，以及任意组合的多系统联合定位的接收机模块。具有高精度、低功耗、多通道、冷启动捕获时间短、跟踪灵敏度高等特点，卫星定位模块的使用能为终端提供实时、准确的定位信息。
3 软件设计
在电子设备的程序设计中，一般裸机和操作系统两种方式：裸机运行的程序代码，一般由一个main函数中的while死循环和各种中断服务程序组成，平时MCU执行while循环中的代码，出现其他事件时，跳转到中断服务程序进行处理，没有多任务、线程的概念。操作系统， 则程序执行时可以把一个应用程序分割为多个任务，每个任务完成一部分 工作，并且每个任务都可以写成死循环。操作系统根据任务的优先级，通过调度器是MCU分时执行各个任务，保证每个任务都能够得到运行。若调度方法较好，则可使各个任务看起来是并行执行的，减少了MCU的空闲时间，提高了MCU的利用率。
为了使终端的工作效率高，本终端使用开源代码且STM32可以运行的uc/OS操作系统进行程序设计。如图2所示。
4 总结
为了解决我国交通执法部门在酒驾查处时酒精测试仪数量多、分布广、测试数据量大，效率不高等问题，本文设计了一款基于5G网络的智能酒精检测终端。该终端应用最新的5G移动通信技术，具有低成本、低功耗、高灵敏度，智能化程度高等特点。能满足呼气测试数据实时回传、现场高质量音视频信息回传、信息识别比对等应用数据的传输，提高使用者的工作效率及管理水平，为公平公正执法提供保障，具有广泛的应用前景。
2018年东莞职业技术学院校级科研基金项目2018d05.
作者简介：高祖宇(1990-)，男，广东肇庆人，大学
本科，实验师，研究方向：电子技术。
