陳浩楠

摘 要：為解決酒駕帶來道路交通安全問題，設(shè)計(jì)了一款實(shí)用、便攜的呼氣式酒精檢測(cè)儀。以STC12C5A60S2單片機(jī)為中央處理器，采用半導(dǎo)體酒精傳感器MQ-3測(cè)量呼出氣體中的酒精濃度，將采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)濾波等非線性處理，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)換算成血液中的酒精濃度值；通過藍(lán)牙傳輸手機(jī)或計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示或存儲(chǔ)，實(shí)驗(yàn)證明能滿足實(shí)際應(yīng)用需要。

關(guān)鍵詞：酒精檢測(cè) MQ-3 藍(lán)牙

中圖分類號(hào)：TH83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（b）-0108-03

世界衛(wèi)生組織預(yù)測(cè)，十年后道路交通事故傷害將被列入疾病的范疇，而酒后駕駛是造成RTI的重要危險(xiǎn)因素[1-2]。降低公共危害，杜絕司機(jī)酒后駕車，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)很有必要。檢測(cè)呼氣中酒精含量的檢測(cè)方法為燃料半導(dǎo)體型、電池型、氣體色譜分析型、比色型和紅外型等5種。目前使用最多的為燃料電池型與半導(dǎo)體型[3]。前者對(duì)酒精氣體極其敏感，其結(jié)構(gòu)非常精密，制造難度非常大。后者對(duì)不同氣體敏感程及不同工作溫度下敏感程度也不同[4-5]。

針對(duì)上述問題，本文以STC12C5A60S2單片機(jī)為中央處理器，采用半導(dǎo)體酒精傳感器MQ-3測(cè)量呼出氣體中的酒精濃度，將采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)濾波等非線性處理，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)換算成血液中的酒精濃度值；采用LCD液晶進(jìn)行顯示，在達(dá)到飲酒或醉酒濃度閾值報(bào)警并將測(cè)試結(jié)果通過藍(lán)牙上傳到手機(jī)或計(jì)算機(jī)中進(jìn)行存檔。

1 檢測(cè)儀系統(tǒng)

根據(jù)呼出氣體酒精含量探測(cè)器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA307-2001的相關(guān)規(guī)定和實(shí)際應(yīng)用時(shí)的需求，所設(shè)計(jì)便攜式酒精測(cè)試儀功能分為：測(cè)量功能，檢測(cè)呼出氣體中酒精的含量，并根據(jù)此含量推算出血液中酒精含量；溫度檢測(cè)，溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)酒精傳感器附近的溫度，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償使酒精得到最大限度的轉(zhuǎn)化；顯示功能，主要是顯示測(cè)試的酒精濃度和此時(shí)的溫度；報(bào)警功能，當(dāng)濃度達(dá)到飲酒狀態(tài)或醉酒狀態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)出不同的警報(bào)聲等基本功能。最后經(jīng)單片機(jī)串口將測(cè)試結(jié)果通過藍(lán)牙上傳到手機(jī)或計(jì)算機(jī)中進(jìn)行顯示和存檔。其系統(tǒng)原理如圖1所示。

1.1 酒精傳感器模塊

MQ-3氣體傳感器中的氣敏材料電導(dǎo)率隨空氣中酒精氣體濃度的增加而增大，通過模 塊模擬信號(hào)輸出端口，將酒精傳感器采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)P1.0口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)。

1.2 閾值設(shè)定

閾值是劃分飲酒與醉酒界限，根據(jù)《車輛駕駛?cè)藛T血液、呼氣酒精含量閾值與檢驗(yàn)》中對(duì)飲酒駕車的認(rèn)定：駕駛?cè)藛T血液中酒精含量大于或者等于20mg/100mL，小于 80mg/100mL的駕駛行為為飲酒駕車；對(duì)醉酒駕車的認(rèn)定：駕駛?cè)藛T血液中酒精含量大于等于80mg/100mL的駕駛行為為醉酒駕車[4]。本設(shè)計(jì)以測(cè)量呼出氣體中酒精濃度為依據(jù)，根據(jù)表1（部分）換算成血液中酒精濃度，即血液中酒精濃度=呼氣酒精濃度×2200，與表中參考數(shù)據(jù)對(duì)照來確定飲酒狀況。

2 采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主程序流程

對(duì)于采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，程序主要包括：信息錄入、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)顯示。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示3個(gè)部分進(jìn)行。酒精含量檢測(cè)儀的軟件部分總體流程圖如圖2所示。

2.2 限幅中值濾波

由于單片機(jī)速度較快，而且外界存在干擾，對(duì)采集的原始信號(hào)選擇限幅中值濾波處理。

2.3 溫度補(bǔ)償

在實(shí)際應(yīng)用中，環(huán)境的溫度因素都會(huì)影響電路中電子元器件的特性參數(shù)，而且這些參數(shù)會(huì)隨著時(shí)間推移而產(chǎn)生漂移。靈敏度變化、電路零點(diǎn)漂移、示值穩(wěn)定性變差、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性變差、重復(fù)性精度變差都是受這些參數(shù)的變化而產(chǎn)生的。因此，加入溫度傳感器和加熱電阻對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)溫度進(jìn)行控制，保證檢測(cè)溫度控制在檢測(cè)允許的范圍內(nèi)。

2.4 藍(lán)牙通信設(shè)置

根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)，設(shè)計(jì)采用藍(lán)牙設(shè)備以主模式發(fā)起呼叫時(shí)，只需要知道對(duì)方的藍(lán)牙地址，配對(duì)密碼等信息，配對(duì)完成后，可直接發(fā)起呼叫。設(shè)計(jì)以藍(lán)牙為從機(jī)，與主機(jī)通信（手機(jī)既可以當(dāng)主機(jī)也可以當(dāng)從機(jī)）。通過藍(lán)牙把單片機(jī)的串口數(shù)據(jù)發(fā)送出去，與帶藍(lán)牙的電腦或手機(jī)進(jìn)行通信。

3 測(cè)試與分析

為保證系統(tǒng)可靠性，在常溫控制條件下，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試后，采用75度左右的酒精溶液與水混合稀釋測(cè)量?，F(xiàn)以分別采用加滿10mL、20mL和30mL酒精溶液與10mL水混合測(cè)試進(jìn)行測(cè)量為例進(jìn)行說明。測(cè)試結(jié)果表2所示。每次測(cè)試后需要一定時(shí)間恢復(fù)空氣內(nèi)的清潔度，到達(dá)測(cè)試20mg/100mL飲酒閾值后蜂鳴器報(bào)警，點(diǎn)亮一個(gè)LED燈；達(dá)到80mg/100mL時(shí)蜂鳴器鳴叫頻率加大，兩個(gè)LED燈均亮。同時(shí)把測(cè)試結(jié)果通過經(jīng)串口將測(cè)試結(jié)果經(jīng)藍(lán)牙上傳到手機(jī)或計(jì)算機(jī)中進(jìn)行顯示和存檔。在不同的環(huán)境溫度下測(cè)量時(shí)，同樣的酒精濃度測(cè)量結(jié)果有些微差異，溫度升高測(cè)試結(jié)果會(huì)有略微上升。

4 結(jié)語

本文以STC12C5A60S2單片機(jī)為中央處理器，采用半導(dǎo)體酒精傳感器MQ-3測(cè)量呼出氣體中的酒精濃度；經(jīng)MCU中的AD轉(zhuǎn)換，將采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)濾波等非線性處理，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)換算成血液中的酒精濃度值；顯示在LCD，若達(dá)到飲酒或醉酒濃度閾值報(bào)警，最后將測(cè)試結(jié)果通過藍(lán)牙上傳到手機(jī)或計(jì)算機(jī)中進(jìn)行存檔。

參考文獻(xiàn)

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