酒驾问题中酒精浓度的控制与检测系统的研究

酒驾问题中酒精浓度的控制与检测系统的研究

1智能酒精浓度检测根据调查，大约60%的交通事故发生在战后。据悉,当人体血液中酒精浓度达80mg/100mL时,诱发交通事故的概率是不含酒精时的2.5倍;达100mg/100mL时,交通事故的发生率是未饮酒时的4.7倍;纵使在饮酒很少的情况下,交通事故的的发生率也能成倍增长。酒后驾车已成为交通事故的第一大杀手。基于上述原因设计了一种智能酒精浓度检测仪,对车内酒精含量进行实时监测,达到预防、阻止交通事故发生的目的。目前燃料电池型和半导体型是使用最普遍的2种酒精浓度测试仪。与半导体类型相比较,燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好,精度高等优点。但制造难度相当大,目前只有美国、英国等少数国家能够生产,加上材料成本高,因此价格相当昂贵,是半导体酒精传感器的几十倍,本设计传感器采用的是半导体型。2人机对话显示系统本系统集酒精浓度的采集、处理、显示、报警于一体,利用MCU进行数据处理确保了前台数据的准确、实时,有利于进行全盘的评定。系统采用STC89C52单片机为控制中心,MQ-3传感器采集人体中酒精的浓度值,经过单片机处理后,在LCD1602液晶屏上显示,能够很好地实现人机对话。并且可以手动设置一个报警值,如果检测到的酒精浓度值超过报警值,蜂鸣器就会“滴滴”地报警,报警值的大小可以用按键手动调节。2.1识别模块组成系统的如图1所示,由图可知,该系统主要由中央处理单元(STC89C52)、液晶显示模块(LCD1602)、传感器模块(MQ-3传感器)、A/D转换单元(ADC0832)、用户输入模块(按键)、报警模块(5V蜂鸣器)、时钟模块、供电模块(3节5V电池)等组成。系统要求达到的技术指标如下:3)时钟功能:性能稳定,误差为±1s,掉电后不会造成数据的丢失。2.2酒精压力值监控单元1)显示部分采用LCD1602显示屏,能够循环显示酒精的实际浓度值及报警值的上、下限。2)当酒精浓度超出安全范围时声光报警单元发出报警信号。3)按键操作可进行报警值范围的调整,及自动、手动测量的转换。3系统硬件设计3.1a/d转换模块设计的便携式智能酒精浓度检测系统以STC89C52单片机为控制主体。人体中的酒精气体通过MQ-3传感器后输出一个与气体浓度相对应的电压信号,然后A/D转换模块按一定得采样频率将此模拟电压信号转换为对应的数字信号,最后送入单片机进行数据采集、处理。单片机对采样值完成数据处理后,驱动液晶显示模块依次显示出被测酒精气体的浓度值及报警值。如果被测气体的浓度超出设定范围,那么报警电路就会发出相应的报警信号。系统的主控原理如2所示。3.2系统的存储单元中央处理单元采用STC89C52微处理器,进行数据采集、计算、处理后生成浓度结果数据,并将数据结果实施超限对比。当酒精的浓度大于设定的阈值时,系统会自动报警,并通过显示单元显示此刻的浓度值,最终完成对数据的存储。STC89C52的功耗低,速度快,可靠性高,抗静电、干扰力强,功能强大,在嵌入式控制系统中应用非常广泛。3.3mq-3酒精传感器的电路设计MQ-3酒精传感器对酒精蒸汽的响应速度快、灵敏度高。而且,与其他型号传感器相比它的驱动电路简单,稳定性高。基于上述原因,MQ-3酒精传感器常用于对车辆驾驶人员或者其他禁止酒后作业人员的临场检测,也可用于其他需对气体进行测试的场合。MQ-3酒精传感器的电路图3所示。由图可知:它包含6只针状管脚,其中4个管脚(包含2个A和2个B)用来读取信号,2个H脚提供加热电流。3.4mtq-3模型转换电路A/D转换单元选用TLC549,它拥有8位分辨率(最高分辨率可达28=256)、转换时间仅需17μs,能够满足普通模拟量的转换条件。把MQ-3酒精传感器测得的模拟量信号转换成CPU能够识别的数字量信号。TLC549的参考电压与内部电源输入采用复用技术,使得芯片的输入信号为0~5V电压量。具有可用作数据校验的双数据输出功能,能够大大降低数据的误差,转换速率非常快(仅需17μs)且稳定性极强。具有独立的使能输入端,使得对于处理器的控制和多器件连接更加便捷。3.5酒精浓度检测报警单元主要由电阻、三极管、蜂鸣器组成。当MQ-3检测到酒精浓度时,输出模拟信号经由A/D转换单元后,送至单片机进行数据处理,最后引脚P2.0发出信号驱动声光报警电路工作,提示工作人员酒精含量超标。4功能作用划分系统的软件部分采用C语言编写。先将系统按功能作用划分为若干子模块,然后根据子模块要实现的功能完成各个子程序的编写。整个程序是采用查询的方式编写的。4.1酒精蒸汽浓度检测系统的主程序流程如图4所示。主程序要实现的功能是结合系统的硬件完成对酒精蒸汽浓度检测的各项任务。主要包括:数据的检测与显示;阈值的调整与显示;数据显示、报警功能子程序的调用。4.2模拟电压信号转化TLC549初始化完成后,把O通道输人的0~5V的模拟电压信号转化为相应的数字信号00H~FFH,并将此数字量信号存储到RAM中去。系统的数据采集子程序如图5所示。5硬件成品测试该空气浓度检测系统以STC89C52为控制主体,外围接有LED显示、键盘响应等模块;能够顺利地完成人机互换工作,实现数据采集、计算、分析、存储等任务软件的设计简洁明了。系统的硬件成品如图7所示。酒精浓度值,经过单片机处理后,在LCD1602液晶屏上显示,能够很好地实现人机对话。被测气体的浓度超出设定范围0.104~0.172mg/L,那么报警电路就会发出相应的报警信号。并且可以手动通过按键更改报警值的大小。当然系统还有待进一步的完善发展。由于各种环境因子相互影响,而本系统的控制输出仅为简单的百分比信号量,这显然不能满足高精度的控制要求。应引入模糊算法,专家系统等技术以进一步提高系统的智能决策水平。系统还可以开发成多机监控模式,同时监测多个被测对象,通过串行通信传到上位机进行综合处理。6酒精浓度检测系统市场前景设计的酒精浓度检测系统兼有浓度监测与报警的功能。结果表明:整个系统性能稳定、灵敏度高、体积小、性价比高。该酒精浓度检测系统不仅可以用于检测空气中酒精的含量,对人身安全起到预防保护的作用,而且可以用于其他需要进行酒精浓度检测的环境。因此,市场前景广阔、推广价值高。1)酒精浓度的测量范围:0.104~0.172mg/L2)浓度测量精度:±0.1%4.3储单元比较子程序该系统将设定的限值和检测的酒精浓度浓度值分别保存在50H~52