基于PLC的车载酒精检测智能机械手系统设计

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The Design of Alcohol Detection Intelligence M anipulator in Vehicle Based on PLCAbstract：The phenomenon of drunk driving is more and more serious.In order to put an end to it，this paper introduces a systemwhich combined alcohol detection technology wid1 inteligent manipulator technology .It not only designs the structure ofthe manipulatorbut also the control method of software and hardware.The invention ofthis system is a big break ofthese kinds oftechnology，Key-words：Vehicle；Alcohol detection；Manipulator；PLC酒后驾驶是当今死亡人数最多的-项交通事故，为了进- 步的减少驾驶员酒后驾驶的概率发生，必须从源头进行控制和限制。目前国内外已经研制出车载检测仪器，有驾驶室酒精检测仪、-体化汽车酒精锁与人脸识别加图像存储测试仪、皮肤血管酒精检测仪和激光酒精检测仪及控制装置H ，这些系统都有漏洞，其主要表现在检测误差大、成本高、自动化程度不高以及部分检测技术还相对不太成熟。基于此，本研究团队设计了-套车载机械手智能酒精检测系统，将机械手与酒精检测创新的结合在-起，同时也达到了自动化的要求。同时本系统采用了可编程控制器(PLC)进行数字运算操作的电子控制装置。PLC具有结构简单、性能好、易于编程、灵活通用、可靠性高等-系列特性而广泛用于工业控制系统。

该系统-方面能够 由机械手 自动送达酒精检测仪器靠近驾驶人员口鼻附近，达到近距离检测效果，另-方面该系统在满足酒精检测要求的前提下也不需要大规模的改装汽车，只需要在驾驶员后背安装该装置就能达到检测效果。因此该系统的提出将是汽车酒精检测的-大进步 H 。

1 智能检测系统原理及方法1.1 检测原理本研究是根据机械手与酒精检测相结合设计-套车载酒. 59。

精检测系统，其工作原理：当驾驶员打开车门进入驾驶室并坐下时，驾驶员的背部靠在后背椅上，并碰到智能机械手压力开关，此时智能机械手开始启动 (智能机械手嵌在驾驶员后背椅的顶部的左侧面)。首先主臂 1向x轴旋转 90度，小臂 2绕 z轴旋转 90度并根据驾驶员的身体宽度自动调节长度，然后小臂 3在沿 z轴旋转 270度运动到接近口腔的-定位置附近，在小臂 3上装有酒精检测仪器并经过传感器控制汽车是否点火。

舜息后1.未开启时机械手嵌入状态；2.主臂 l：3.，J、臂2前端；4.，J、臂 2伸长端；5.，J、臂3l 6.酒精检测仪气体接收端口图 1 机械手布置示意图收稿日期2013-02-10基金项目海南大学本科生创新基金(tDCX2012034)；国家级大学生创新训练计划项目(201210589009 o作者简介蔡维 (1991-)，男，重庆渝北人，海南大学机电工程学院在读生，研究方向为机械设计制造及其自动化。

通讯作者廖字兰 (1967-)，女，海南大学机电工程学院教授，硕士。

1.2 检测系统的工作流程该系统的智能机械手运动工作流程如图 2所示。

图2 系统流程图2 检测系统的设计2.1 酒精检测智能机械手设计该酒精检测智能机械手设计如图 3所示。其主要有四部分组成主臂 1、小臂2、小臂3以及酒精检测仪组成。

651.槽内固定板：2.主臂；3.，J、臂；4.，J、臂前端；s.，J、臂；6.酒精检测仪气体接收端口图3 机械手示意图该机械手能够运动到司机-定位置处，并进行酒精检测，如果检测到有酒精存在则立即切断点火线路，因此汽车无法行驶，从而避免了因醉酒导致的意外交通事故的发生，如果未检测到酒精的存在则机械手自动折叠回缩到司机后座的固定槽内。

2.2 硬件部分设计该系统的硬件部分选用三菱 FX2N系列晶体管输出型PLC，其中机械手臂旋转选用 SH-20403型拈步进电机驱动器。检测机械手的外部接线图如图4所示。

酒精检测仪开关检测酒精9 )cl 、0§ / § ～ )口9Q4 )8 Y1l 弼 )(1～9∞ )6- - " jd锄 Ⅺ 、3 ～ ， § 糟)。 y4)clO 、5)cl1W)cl2Ⅺ3 ∞川硝IX15 0 O弼6 O 2擘落 - - 柳艟 0蠢蛩曩薹i蔓曩 蛩图4 机械手外部接线图机械手在未启动时，嵌在司机后座上椅左旁沟槽内。当人体坐在该座位上时，机械手开始工作。XlX8是该机械手自动伸展开与回缩的限位控制开关。x9是司机人为手动按钮开关，按下该按钮可以进行 XlOXl5对应进行手动调试操作。X16是酒精检测仪的限位前段气体检测开关，X17是检测酒精内部控制限位开关。在机械手里面装有步进电机，该步进电机只有在有脉冲信号(YO)时，将脉冲信号(YO)输送到 Yl(控制主臂旋转)，同理将信号输送至Y2、Y3、Y4。Y5控制酒精检测，Y6控制点火电路的切断模式。

2.3 软件设计酒精检测智能机械手系统在选择手动或自动前，系统则是处于手机驾驶座位椅的侧槽中。如果是 自动检测方式，该工作的顺序动作为以下操作：主臂 1旋转展开限位 x1-小臂2旋转展开限位 x2-小臂2伸展限位x3--小臂 1回收限位 X8。

该系统的机械手自动工作方式的顺序功能图如图 4所示。其中智能机械手主臂 1、小臂 2、小臂 3的旋转是由输入步进电机的脉冲频率控制，脉冲频率和脉冲数可以司机实际情况在程序中设定，具有可重复检测性。

搬 嫩腺瞰鲰捕 憎伸惜憎憎皓黼 懒 转 转 障动 和 拜 捕慵幡旋 转 9O 篷旋 转 9O度伸 长旋 ÷270度酒 精 榆 测切 断 点 火 lU踏旋 问270度 l缩 旋 同 90度网 缩 90度图5 自动运动方式顺序功能图本系统使用了PLC梯形图顺序编程的方法。该编程方式简单、修改方便。当每完成上-个步骤就开始动作下-个操作，从而依次顺序进行，当完成后则停止其中-个限位开关，则该自动检测系统停止工作。从而能够实现机械手的自动伸展，酒精的自动检测。

小臂 2的基本长度：2lcm小臂 2伸出长度：38cm(上接第 56页)(1)当新蓄电池投运前必须用专门的蓄电池充放电装置对蓄电池容量进行核对充放电试验，并做好记录存档。

(2)新蓄电池组每隔 2年必须用专门的蓄电池充放电装置对各变电站的蓄电池进行充放电维护，当运行 6年后的蓄电池需要每年做-次蓄电池充放电维护，并把结果记录在相应的蓄电池充放电记录数据库，以便统计各站蓄电池的降状况。

(3)值班员每天交接班时必须测量-次蓄电池组整组电压及每节蓄电池电压，对于有直流电磁操动机构断路器，而且阀控电池运行了 4年以上的变电站，在每次对断路器分合闸过后都要测量每-节蓄电池电压，并做相应的记录。

(4)对于有较多直流电磁操动机构断路器的变电站，应增加-组动力专用蓄电池组，把直流系统中的蓄电池组分为控制专用蓄电池组及动力专用蓄电池组，当动力专用蓄电池失效时，操作电源仍旧能够通过控制专用蓄电池组供电，并且控制专用蓄电池组也能在短时内承担起动力电源的作用。

(5)严格遵守蓄电池组充放电维护规定，当查出蓄电池组中的任何-节蓄电池出现异常现象应立即更换整组电池，以保证蓄电池组安全可靠的运行。

小臂 3臂长：15.5cm经检测智能机械手设计如图3所示。其主要有四部分组成主臂 1、小臂 2、小臂 3以及酒精检测仪组成。

3 总结(1)设计了-套智能机械手检测酒精的系统，具有自动化检测的效果，并从硬件与软件的设计使该系统得以实现。

(2)该系统的成本低，不需要大量的改动车内结构。并且将机械手与酒精检测相结合在检测领域是-大创新，该系统的设计对车载酒精检测具有-定的影响意义。