TỔNG QUAN
Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Nghiên cứu cho thấy việc tiêu thụ rượu bia làm giảm khả năng điều khiển phương tiện, với chỉ một ly rượu vang hoặc nửa cốc bia đã ảnh hưởng đến khả năng phản ứng và xử lý tình huống Người có nồng độ cồn trong máu 80mg/100ml có nguy cơ gây tai nạn giao thông cao gấp 2,7 lần so với người không uống Nhiều quốc gia tiên tiến đã giảm mức kiểm soát nồng độ cồn từ 80mg/100ml xuống 50mg/100ml, và xu hướng này cũng lan rộng đến các nước đang phát triển như Thái Lan và Philippines Một số quốc gia như Cộng hòa Séc và Rumania đã áp dụng quy định cấm hoàn toàn việc uống rượu bia khi lái xe.
Tại Anh, người lái xe vi phạm nồng độ cồn sẽ đối mặt với án tù từ 6 tháng đến 3 năm, phạt tiền lên đến 5.000 bảng và bị cấm lái xe trong một năm Họ cũng sẽ phải chịu mức tăng phí bảo hiểm gấp 4-5 lần cho năm tiếp theo, và vi phạm này sẽ được ghi vào hồ sơ quốc gia Nếu vi phạm nghiêm trọng dẫn đến tử vong, mức phạt có thể lên tới 14 năm tù và cấm lái xe từ 2 năm đến vĩnh viễn Các hình phạt nghiêm khắc này đã có tác động tích cực đến hành vi tham gia giao thông, và nhiều quốc gia như Trung Quốc, Hong Kong, Đài Loan, Nhật Bản cũng áp dụng hình phạt tương tự cho lỗi uống rượu bia khi lái xe.
Nước Đức áp dụng lệnh cấm tuyệt đối việc uống rượu bia đối với những tài xế mới nhận bằng lái, và vi phạm có thể dẫn đến án tù Để lấy lại bằng lái, người vi phạm phải tham gia kỳ thi khó hơn Hành vi này được xem là nghiêm trọng vì đe dọa an toàn của người khác cũng như an toàn của chính người lái xe, do đó cần phải được xử lý một cách nghiêm khắc.
Tại Australia, cảnh sát có quyền tạm giữ phương tiện của người vi phạm trong 30 ngày nếu họ vi phạm các lỗi lái xe nghiêm trọng như chạy quá tốc độ giới hạn 45 km/h, lái xe khi say rượu hoặc sử dụng ma túy Mặc dù cảnh sát không thể tịch thu phương tiện ngay tại hiện trường, tòa án có thể quyết định tịch thu vĩnh viễn phương tiện của người vi phạm trong quá trình xét xử.
Việt Nam nằm trong top các quốc gia có tỷ lệ sử dụng rượu, bia cao khi tham gia giao thông, dẫn đến tình trạng an toàn giao thông báo động Việc lái xe khi say rượu gây ra phản ứng chậm, buồn ngủ và thiếu tập trung, làm tăng nguy cơ tai nạn nghiêm trọng Người say thường có hành vi bốc đồng, không kiểm soát tốc độ, dễ dàng gây ra tai nạn Để cải thiện an toàn giao thông, nhiều quy định mới đã được ban hành, trong đó có quy định về nồng độ cồn cho phép khi lái xe Bộ Y tế, Ủy ban An toàn Giao thông Quốc gia và Tổ chức Y tế Thế giới đã tổ chức hội thảo “Rượu bia và tai nạn giao thông” nhằm tuyên truyền quy định này, nhấn mạnh thông điệp “Điều khiển xe trong tình trạng có men rượu là vi phạm pháp luật – Đã uống thì không lái” Do đó, người dân thường xuyên bắt gặp các băng rôn và khẩu hiệu liên quan đến vấn đề này trên đường phố.
Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại hóa, Việt Nam đang chứng kiến sự chuyển mình rõ rệt với mức thu nhập và đời sống của người dân ngày càng được cải thiện Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu này, đất nước cũng đối mặt với thách thức lớn về tai nạn giao thông, đặc biệt là trên các tuyến đường bộ Việt Nam có tỷ lệ tử vong do tai nạn giao thông cao, nguyên nhân chủ yếu bao gồm việc không tuân thủ luật giao thông, lấn chiếm hành lang an toàn, sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện cơ giới, và ý thức tham gia giao thông của người dân còn hạn chế Thêm vào đó, chất lượng hạ tầng giao thông kém cũng góp phần làm gia tăng nguy cơ tai nạn.
Người tham gia giao thông tỉnh táo vẫn có thể gây ra tai nạn, vậy khi sử dụng rượu bia vượt mức quy định, mức độ nguy hiểm sẽ càng cao Để nâng cao ý thức người dân và giảm thiểu vi phạm luật giao thông, cần áp dụng các biện pháp cấm và xử phạt nghiêm khắc Một trong những giải pháp hiệu quả là sử dụng máy đo nồng độ cồn tại các trạm và chốt kiểm tra do cảnh sát giao thông thực hiện.
Máy đo nồng độ cồn cầm tay là thiết bị hữu ích cho tài xế kiểm tra nồng độ cồn sau khi sử dụng rượu bia Với thiết kế nhỏ gọn, sản phẩm dễ dàng mang theo bên người Đặc biệt, máy ứng dụng công nghệ hiện đại từ nhiều quốc gia, mang lại hiệu quả cao cho người dùng.
Một số sản phẩm nghiên cứu ở nước ta: a Máy đo nồng độ cồn FiT331
Máy đo nồng độ cồn FiT331 nổi bật với độ chính xác cao và thiết kế ưu việt, luôn nằm trong top các thiết bị đo nồng độ cồn tốt nhất Sản phẩm này cung cấp kết quả đo chuẩn xác, đặc biệt hữu ích cho cảnh sát giao thông trong việc xác định nồng độ cồn hơi một cách chính xác.
Hình 1.1 Máy đo nồng độ cồn FiT331
Sản phẩm này nổi bật với những tính năng ưu việt như máy in tích hợp, camera HD, kết nối bluetooth, hệ điều hành Android, và khả năng tải dữ liệu nhanh chóng qua cổng USB, khiến người dùng tin tưởng lựa chọn.
Máy được trang bị sạc pin nhanh, màn hình hiển thị rõ ràng với nhiều mốc xác định nồng độ cồn Độ bền vượt trội cùng giá bán hợp lý từ thương hiệu nổi tiếng Trung Quốc, sản phẩm này sẽ là sự lựa chọn hữu ích cho người sử dụng.
Máy đo nồng độ cồn FiT331 có giá dao động từ 9 triệu - 10 triệu đồng/sản phẩm. b Máy đo nồng độ cồn TigerDirect AT6000
Máy đo nồng độ cồn TigerDirect AT6000 nổi bật với thiết kế tinh tế và tính tiện lợi, dễ dàng mang theo trong túi quần hoặc túi xách Sản phẩm chính hãng từ Mỹ đảm bảo độ chính xác cao và hiệu quả sử dụng, ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt nhất.
Máy đo nồng độ cồn TigerDirect AT6000 nổi bật với màn hình LED hiển thị rõ ràng, cho phép sao lưu kết quả nhanh chóng Sản phẩm này dễ sử dụng và có thể thay đổi ống thổi, giúp duy trì vệ sinh hiệu quả.
Máy được thiết kế từ chất liệu cao cấp, an toàn cho sức khỏe và thân thiện với môi trường So với các thiết bị đo nồng độ khác, máy này mang lại hiệu quả cao nhất, giúp công tác kiểm tra trở nên thuận lợi và nhanh chóng hơn.
Máy có giá thị trường dao động từ 1 triệu 600 - 2 triệu đồng/sản phẩm. c Máy đo nồng độ cồn Lion SD
Lion SD là một trong những máy đo nồng độ cồn hàng đầu, được ưa chuộng bởi cảnh sát giao thông Với thiết kế sang trọng và gọn nhẹ, máy còn nổi bật với khả năng tự động xử lý dữ liệu nhanh chóng nhờ bộ vi xử lý tiên tiến, đảm bảo độ chính xác gần như tuyệt đối.
Hình 1.3 Máy đo nồng độ cồn Lion SD
Mục tiêu và tính cấp thiết của đề tài
Khi tham gia giao thông, an toàn là yếu tố hàng đầu đối với cả người lái xe và những người xung quanh Vai trò của người lái xe rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống giao thông đường bộ, xe cộ và người đi bộ.
Trạng thái sức khỏe của người lái xe đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi tham gia giao thông Sự ảnh hưởng này trực tiếp liên quan đến khả năng điều khiển xe và phản ứng với các tình huống trên đường Việc duy trì sức khỏe tốt cho tài xế là yếu tố thiết yếu để giảm thiểu rủi ro tai nạn giao thông.
Yêu cầu đối với người lái xe là phải có khả năng phản xạ nhanh và tinh thần minh mẫn, đặc biệt trong các tình huống bất ngờ Rượu bia là một trong những yếu tố ảnh hưởng nghiêm trọng đến trạng thái tinh thần, khi uống với liều lượng cao có thể dẫn đến mất kiểm soát hành vi, giảm phản xạ khi điều khiển xe, và làm suy giảm khả năng vận động Điều này không chỉ tăng nhanh cảm giác mệt mỏi và căng thẳng mà còn gây ức chế tâm lý, ảnh hưởng đến sự an toàn khi tham gia giao thông.
Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), tai nạn giao thông liên quan đến rượu bia đang gia tăng, gây ra tỷ lệ chấn thương nghiêm trọng và tử vong không chỉ cho người lái xe mà còn cho hành khách và người tham gia giao thông khác Ở các quốc gia có thu nhập cao, khoảng 20% tổng số vụ tử vong do tai nạn giao thông đường bộ có liên quan đến việc lái xe dưới ảnh hưởng của rượu bia Tại Mỹ, hàng năm có nửa triệu người bị thương và 17.000 người thiệt mạng do tai nạn liên quan đến việc sử dụng chất có cồn khi lái xe, trong đó 40% là các trường hợp tử vong.
Một người có nồng độ cồn trong máu 0,01g/dl, tương đương với việc uống một ngụm rượu hoặc 1/4 lon bia, đã bắt đầu trải qua các rối loạn như giảm chức năng não bộ, tăng hưng phấn và thiếu kiềm chế Những rối loạn này ảnh hưởng đến khả năng điều khiển phương tiện giao thông, làm giảm khả năng kiểm soát tốc độ, duy trì hướng và phản xạ phanh Việc uống rượu, bia trước và trong khi lái xe làm tăng nguy cơ tai nạn giao thông, có thể dẫn đến tử vong hoặc tàn phế nghiêm trọng.
Tình trạng lạm dụng rượu bia trong các buổi tiệc tại Việt Nam đang trở nên phổ biến, với mức tiêu thụ hàng năm vượt quá 1 tỉ lít bia và 10 triệu lít rượu Đặc biệt, gần 80% đàn ông Việt Nam sử dụng rượu bia, xếp hạng trong số cao nhất thế giới.
Theo điều tra của Bộ Y tế, tính đến tháng 1/2016, Việt Nam tiêu thụ khoảng 3,4 tỉ lít rượu bia, tăng từ 2,4 tỉ lít năm 2010, bao gồm 70 triệu lít rượu có nhãn mác và 200 triệu lít rượu tự nấu Với sự gia tăng nhanh chóng trong tiêu thụ, Việt Nam đã đứng thứ 2 Đông Nam Á, chỉ sau Thái Lan, và xếp thứ 10 châu Á, thứ 29 trên thế giới.
Việt Nam ghi nhận tỷ lệ tiêu thụ rượu bia cao nhất thế giới, với 77,3% nam giới sử dụng, gấp gần 2 lần mức trung bình toàn cầu Đáng chú ý, tỷ lệ nam giới tiêu thụ rượu bia ở mức độ có hại đã tăng mạnh từ 25% lên trên 44% chỉ trong vòng 5 năm.
Nghiên cứu cho thấy rượu bia ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng tham gia giao thông, với nồng độ cồn chỉ 0,05mg/l khí thở đã làm giảm khả năng suy nghĩ và gây kích động nhẹ Khi nồng độ tăng lên 0,2mg/l, người lái xe dễ bị ức chế và không còn tỉnh táo, dẫn đến nguy cơ tai nạn cao Ở mức độ cao hơn, người uống có thể mất kiểm soát hành vi, gây ra tai nạn cho bản thân và người khác trên đường.
Theo khảo sát của WHO, 36,5% người lái xe máy và 66,8% người lái xe ô tô tại Việt Nam có nồng độ cồn vượt quá mức cho phép Việc tiêu thụ rượu bia ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng điều khiển phương tiện, làm tăng nguy cơ tai nạn giao thông Để đảm bảo an toàn, pháp luật Việt Nam đã nghiêm cấm hành vi lái xe trong tình trạng say rượu bia, với quy định nồng độ cồn trong máu ngày càng chặt chẽ Theo nghị định 71/2012/NĐ-CP, người lái xe ô tô có nồng độ cồn vượt quá 50-80 miligam/100 mililít máu hoặc 0,25-0,4 miligam/1 lít khí thở sẽ bị phạt.
Tai nạn giao thông liên quan đến bia rượu chiếm tỷ lệ cao, vì vậy việc phát hiện và ngăn chặn lái xe khi có cồn là rất quan trọng để phòng ngừa tai nạn Để xác định nồng độ cồn trong máu, người ta thường lấy mẫu máu hoặc nước tiểu, nhưng phương pháp này không khả thi và xâm phạm cơ thể Thay vào đó, việc xác định nồng độ cồn qua hơi thở bằng các thiết bị hiện đại mang lại kết quả nhanh chóng và hiệu quả.
Cồn xuất hiện trong hơi thở của người sau khi uống bia rượu, khi nó được hấp thụ từ miệng vào dạ dày và ruột, rồi vào máu mà không bị phân hủy hay thay đổi hóa học Khi máu di chuyển qua phổi, một phần cồn thẩm thấu qua màng túi khí và hòa vào không khí trong túi khí phổi Điều này cho phép suy ra lượng cồn có trong máu thông qua hơi thở.
Cảnh sát sẽ kiểm tra hơi thở của người nghi ngờ uống rượu bia thay vì kiểm tra máu, nhằm quyết định có giữ phương tiện lại hay không để đảm bảo an toàn Tỉ lệ cồn trong máu so với hơi thở là khoảng 2100:1, tức là cứ 2100 ml hơi thở sẽ tương ứng với 1 ml cồn trong máu.
2100 ml hơi thở có cồn thì tương đương có 1 ml cồn trong máu.
Có 3 phương pháp xác định nồng độ cồn có trong hơi thở
Máy đo nồng độ cồn hoạt động dựa trên phản ứng hóa học, nơi hơi thở được thổi vào thiết bị sẽ tạo ra những màu sắc khác nhau Những màu sắc này sẽ giúp xác định tỷ lệ cồn trong hơi thở một cách chính xác.
- Dùng kỹ thuật tia hồng ngoại để đo quang phổ của hơi thở đi qua, nồng độ cồn có trong hơi thở khác nhau sẽ cho màu khác nhau.
Phương pháp mới nhất sử dụng nguyên lý tế bào pin nhiên liệu, cho phép hệ thống cảm biến phát hiện phản ứng hóa học từ hơi thở, giải phóng axit axetic, proton và electron Từ những phát hiện này, hệ thống có thể suy ra nồng độ cồn trong máu một cách chính xác.
Yêu cầu bài toán
- Thiết kế thiết bị cho phép đo, cảnh báo nồng độ cồn vượt quá mức quy định.
- Thiết bị nhỏ gọn, dễ sử dụng.
- Thử nghiệm hệ thống và tích hợp tại các trạm thu phí.
Hiện nay có nhiều phương pháp phát hiê ̣n nồng đô ̣ cồn đó là:
Phương pháp đo nồng độ cồn trong máu là kỹ thuật xác định lượng chất kích thích trong cơ thể thông qua các biện pháp hóa sinh tại phòng thí nghiệm, đảm bảo độ chính xác cao Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là yêu cầu lấy mẫu máu tại cơ sở y tế, dẫn đến thời gian chờ đợi lâu và không phù hợp cho các tình huống cần kiểm tra nhanh tại hiện trường.
Phương pháp đo nồng độ cồn trong hơi thở là cách hiệu quả để xác định tình trạng say rượu Khi một người say, hơi thở của họ sẽ chứa nồng độ cồn cao Việc sử dụng thiết bị đo nồng độ cồn từ hơi thở hoặc đo nồng độ cồn trong không khí xung quanh người lái xe giúp đánh giá chính xác mức độ say xỉn của họ.
Có nhiều phương pháp để phát hiện tình trạng say rượu của người lái xe, trong đó phương pháp xác định nồng độ cồn qua hơi thở đang được sử dụng phổ biến Việc sử dụng cảm biến đo nồng độ cồn trong hơi thở chỉ mất khoảng 8 đến 10 giây, mang lại hiệu quả nhanh chóng trong việc kiểm tra.
Vì thế trong đề tài chúng em sẽ đi sâu vào thiết kế mạch đo và cảnh báo nồng độ cồn qua hơi thở.
Phần cứng
2.2.1 NODE MCU ESP8266 a Giới thiệu về ESP8266
ESP8266 là một module wifi nổi bật, lý tưởng cho các ứng dụng liên quan đến Internet và Wifi, cũng như thay thế cho các module RF khác Khoảng cách truyền tín hiệu của nó có thể đạt tới 100m trong môi trường không có vật cản và lên tới 400m khi sử dụng anten và router phù hợp.
ESP8266 là một giải pháp hoàn chỉnh cho kết nối mạng Wifi, cho phép lưu trữ các ứng dụng và giảm tải chức năng kết nối mạng Wifi từ bộ xử lý ứng dụng.
ESP8266 có khả năng hoạt động như một máy chủ hoặc bộ vi xử lý ứng dụng trong thiết bị, cho phép khởi động trực tiếp từ bộ nhớ flash ngoài Nó được trang bị bộ nhớ cache nhằm nâng cao hiệu suất hệ thống trong các ứng dụng và giảm thiểu yêu cầu về bộ nhớ.
Wifi có thể được tích hợp vào bất kỳ thiết kế vi điều khiển nào thông qua kết nối đơn giản qua giao diện UART hoặc giao diện cầu CPU AHB, hoạt động như một bộ chuyển đổi Wifi để cung cấp truy cập Internet không dây.
Khả năng lưu trữ và xử lý mạnh mẽ giúp tích hợp dễ dàng với các bộ cảm biến, vi điều khiển và thiết bị ứng dụng thông qua GPIOs với chi phí thấp và PCB tối giản Chip có mức độ tích hợp cao, bao gồm anten chuyển đổi balun và bộ chuyển đổi quản lý điện năng.
Hình 2.1 Giới thiệu về ESP8266 b Thông số kỹ thuật
- WiFi: 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2.
- Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB
- Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)
-Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V) -Bộ nhớ Flash: 4MB
-Giao tiếp: Cable Micro USB ( tương đương cáp sạc điện thoại ) -Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2
-Tích hợp giao thức TCP/IP
- Tích hợp chuyển đổi TR, balun, LNA, bộ khuếch đại công suất và phù hợp với mạng.
- Tích hợp PLL, bộ quản lý và các đơn vị quản lý điện năng.
- Công suất đầu ra +19.5dBm trong chế độ 802.11b.
- Tích hợp cảm biến nhiệt độ.
- Hỗ trợ nhiều loại anten.
- Wake up và truyền các gói dữ liệu trong