酒駕問題中酒精濃度的控制與檢測系統的研究

1智能酒精濃度檢測根據調查，大約60%的交通事故發生在戰后。據悉,當人體血液中酒精濃度達80mg/100mL時,誘發交通事故的概率是不含酒精時的2.5倍;達100mg/100mL時,交通事故的發生率是未飲酒時的4.7倍;縱使在飲酒很少的情況下,交通事故的的發生率也能成倍增長。酒后駕車已成為交通事故的第一大殺手。基于上述原因設計了一種智能酒精濃度檢測儀,對車內酒精含量進行實時監測,達到預防、阻止交通事故發生的目的。目前燃料電池型和半導體型是使用最普遍的2種酒精濃度測試儀。與半導體類型相比較,燃料電池型呼氣酒精測試儀具有穩定性好,精度高等優點。但制造難度相當大,目前只有美國、英國等少數國家能夠生產,加上材料成本高,因此價格相當昂貴,是半導體酒精傳感器的幾十倍,本設計傳感器采用的是半導體型。2人機對話顯示系統本系統集酒精濃度的采集、處理、顯示、報警于一體,利用MCU進行數據處理確保了前臺數據的準確、實時,有利于進行全盤的評定。系統采用STC89C52單片機為控制中心,MQ-3傳感器采集人體中酒精的濃度值,經過單片機處理后,在LCD1602液晶屏上顯示,能夠很好地實現人機對話。并且可以手動設置一個報警值,如果檢測到的酒精濃度值超過報警值,蜂鳴器就會“滴滴”地報警,報警值的大小可以用按鍵手動調節。2.1識別模塊組成系統的如圖1所示,由圖可知,該系統主要由中央處理單元(STC89C52)、液晶顯示模塊(LCD1602)、傳感器模塊(MQ-3傳感器)、A/D轉換單元(ADC0832)、用戶輸入模塊(按鍵)、報警模塊(5V蜂鳴器)、時鐘模塊、供電模塊(3節5V電池)等組成。系統要求達到的技術指標如下:3)時鐘功能:性能穩定,誤差為±1s,掉電后不會造成數據的丟失。2.2酒精壓力值監控單元1)顯示部分采用LCD1602顯示屏,能夠循環顯示酒精的實際濃度值及報警值的上、下限。2)當酒精濃度超出安全范圍時聲光報警單元發出報警信號。3)按鍵操作可進行報警值范圍的調整,及自動、手動測量的轉換。3系統硬件設計3.1a/d轉換模塊設計的便攜式智能酒精濃度檢測系統以STC89C52單片機為控制主體。人體中的酒精氣體通過MQ-3傳感器后輸出一個與氣體濃度相對應的電壓信號,然后A/D轉換模塊按一定得采樣頻率將此模擬電壓信號轉換為對應的數字信號,最后送入單片機進行數據采集、處理。單片機對采樣值完成數據處理后,驅動液晶顯示模塊依次顯示出被測酒精氣體的濃度值及報警值。如果被測氣體的濃度超出設定范圍,那么報警電路就會發出相應的報警信號。系統的主控原理如2所示。3.2系統的存儲單元中央處理單元采用STC89C52微處理器,進行數據采集、計算、處理后生成濃度結果數據,并將數據結果實施超限對比。當酒精的濃度大于設定的閾值時,系統會自動報警,并通過顯示單元顯示此刻的濃度值,最終完成對數據的存儲。STC89C52的功耗低,速度快,可靠性高,抗靜電、干擾力強,功能強大,在嵌入式控制系統中應用非常廣泛。3.3mq-3酒精傳感器的電路設計MQ-3酒精傳感器對酒精蒸汽的響應速度快、靈敏度高。而且,與其他型號傳感器相比它的驅動電路簡單,穩定性高。基于上述原因,MQ-3酒精傳感器常用于對車輛駕駛人員或者其他禁止酒后作業人員的臨場檢測,也可用于其他需對氣體進行測試的場合。MQ-3酒精傳感器的電路圖3所示。由圖可知:它包含6只針狀管腳,其中4個管腳(包含2個A和2個B)用來讀取信號,2個H腳提供加熱電流。3.4mtq-3模型轉換電路A/D轉換單元選用TLC549,它擁有8位分辨率(最高分辨率可達28=256)、轉換時間僅需17μs,能夠滿足普通模擬量的轉換條件。把MQ-3酒精傳感器測得的模擬量信號轉換成CPU能夠識別的數字量信號。TLC549的參考電壓與內部電源輸入采用復用技術,使得芯片的輸入信號為0~5V電壓量。具有可用作數據校驗的雙數據輸出功能,能夠大大降低數據的誤差,轉換速率非常快(僅需17μs)且穩定性極強。具有獨立的使能輸入端,使得對于處理器的控制和多器件連接更加便捷。3.5酒精濃度檢測報警單元主要由電阻、三極管、蜂鳴器組成。當MQ-3檢測到酒精濃度時,輸出模擬信號經由A/D轉換單元后,送至單片機進行數據處理,最后引腳P2.0發出信號驅動聲光報警電路工作,提示工作人員酒精含量超標。4功能作用劃分系統的軟件部分采用C語言編寫。先將系統按功能作用劃分為若干子模塊,然后根據子模塊要實現的功能完成各個子程序的編寫。整個程序是采用查詢的方式編寫的。4.1酒精蒸汽濃度檢測系統的主程序流程如圖4所示。主程序要實現的功能是結合系統的硬件完成對酒精蒸汽濃度檢測的各項任務。主要包括:數據的檢測與顯示;閾值的調整與顯示;數據顯示、報警功能子程序的調用。4.2模擬電壓信號轉化TLC549初始化完成后,把O通道輸人的0~5V的模擬電壓信號轉化為相應的數字信號00H~FFH,并將此數字量信號存儲到RAM中去。系統的數據采集子程序如圖5所示。5硬件成品測試該空氣濃度檢測系統以STC89C52為控制主體,外圍接有LED顯示、鍵盤響應等模塊;能夠順利地完成人機互換工作,實現數據采集、計算、分析、存儲等任務軟件的設計簡潔明了。系統的硬件成品如圖7所示。酒精濃度值,經過單片機處理后,在LCD1602液晶屏上顯示,能夠很好地實現人機對話。被測氣體的濃度超出設定范圍0.104~0.172mg/L,那么報警電路就會發出相應的報警信號。并且可以手動通過按鍵更改報警值的大小。當然系統還有待進一步的完善發展。由于各種環境因子相互影響,而本系統的控制輸出僅為簡單的百分比信號量,這顯然不能滿足高精度的控制要求。應引入模糊算法,專家系統等技術以進一步提高系統的智能決策水平。系統還可以開發成多機監控模式,同時監測多個被測對象,通過串行通信傳到上位機進行綜合處理。6酒精濃度檢測系統市場前景設計的酒精濃度檢測系統兼有濃度監測與報警的功能。結果表明:整個系統性能穩定、靈敏度高、體積小、性價比高。該酒精濃度檢測系統不僅可以用于檢測空氣中酒精的含量,對人身安全起到預防保護的作用,而且可以用于其他需要進行酒精濃度檢測的環境。因此,市場前景廣闊、推廣價值高。1)酒精濃度的測量范圍:0.104~0.172mg/L2)濃度測量精度:±0.1%4.3儲單元比較子程序該系統將設定的限值和檢測的酒精濃度濃度值分別保存在50H~52