陳浩楠

摘 要：為解決酒駕帶來道路交通安全問題，設(shè)計了一款實用、便攜的呼氣式酒精檢測儀。以STC12C5A60S2單片機為中央處理器，采用半導(dǎo)體酒精傳感器MQ-3測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)國家標準換算成血液中的酒精濃度值；通過藍牙傳輸手機或計算機進行顯示或存儲，實驗證明能滿足實際應(yīng)用需要。

關(guān)鍵詞：酒精檢測 MQ-3 藍牙

中圖分類號：TH83 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0108-03

世界衛(wèi)生組織預(yù)測，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的重要危險因素[1-2]。降低公共危害，杜絕司機酒后駕車，對其進行監(jiān)測很有必要。檢測呼氣中酒精含量的檢測方法為燃料半導(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]。

針對上述問題，本文以STC12C5A60S2單片機為中央處理器，采用半導(dǎo)體酒精傳感器MQ-3測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)國家標準換算成血液中的酒精濃度值；采用LCD液晶進行顯示，在達到飲酒或醉酒濃度閾值報警并將測試結(jié)果通過藍牙上傳到手機或計算機中進行存檔。

1 檢測儀系統(tǒng)

根據(jù)呼出氣體酒精含量探測器的行業(yè)標準GA307-2001的相關(guān)規(guī)定和實際應(yīng)用時的需求，所設(shè)計便攜式酒精測試儀功能分為：測量功能，檢測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，溫度傳感器實時檢測酒精傳感器附近的溫度，對系統(tǒng)進行補償使酒精得到最大限度的轉(zhuǎn)化；顯示功能，主要是顯示測試的酒精濃度和此時的溫度；報警功能，當濃度達到飲酒狀態(tài)或醉酒狀態(tài)時會發(fā)出不同的警報聲等基本功能。最后經(jīng)單片機串口將測試結(jié)果通過藍牙上傳到手機或計算機中進行顯示和存檔。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 塊模擬信號輸出端口，將酒精傳感器采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)單片機P1.0口進行A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號。

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》中對飲酒駕車的認定：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；對醉酒駕車的認定：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)計以測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)對照來確定飲酒狀況。

2 采集系統(tǒng)設(shè)計

2.1 主程序流程

對于采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計，程序主要包括：信息錄入、信號采集、數(shù)據(jù)顯示。本設(shè)計主要是針對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示3個部分進行。酒精含量檢測儀的軟件部分總體流程圖如圖2所示。

2.2 限幅中值濾波

由于單片機速度較快，而且外界存在干擾，對采集的原始信號選擇限幅中值濾波處理。

2.3 溫度補償

在實際應(yīng)用中，環(huán)境的溫度因素都會影響電路中電子元器件的特性參數(shù)，而且這些參數(shù)會隨著時間推移而產(chǎn)生漂移。靈敏度變化、電路零點漂移、示值穩(wěn)定性變差、動態(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系統(tǒng)的檢測溫度進行控制，保證檢測溫度控制在檢測允許的范圍內(nèi)。

2.4 藍牙通信設(shè)置

根據(jù)藍牙技術(shù)，設(shè)計采用藍牙設(shè)備以主模式發(fā)起呼叫時，只需要知道對方的藍牙地址，配對密碼等信息，配對完成后，可直接發(fā)起呼叫。設(shè)計以藍牙為從機，與主機通信（手機既可以當主機也可以當從機）。通過藍牙把單片機的串口數(shù)據(jù)發(fā)送出去，與帶藍牙的電腦或手機進行通信。

3 測試與分析

為保證系統(tǒng)可靠性，在常溫控制條件下，對測試系統(tǒng)進行標定。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量?，F(xiàn)以分別采用加滿10mL、20mL和30mL酒精溶液與10mL水混合測試進行測量為例進行說明。測試結(jié)果表2所示。每次測試后需要一定時間恢復(fù)空氣內(nèi)的清潔度，到達測試20mg/100mL飲酒閾值后蜂鳴器報警，點亮一個LED燈；達到80mg/100mL時蜂鳴器鳴叫頻率加大，兩個LED燈均亮。同時把測試結(jié)果通過經(jīng)串口將測試結(jié)果經(jīng)藍牙上傳到手機或計算機中進行顯示和存檔。在不同的環(huán)境溫度下測量時，同樣的酒精濃度測量結(jié)果有些微差異，溫度升高測試結(jié)果會有略微上升。

4 結(jié)語

本文以STC12C5A60S2單片機為中央處理器，采用半導(dǎo)體酒精傳感器MQ-3測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)國家標準換算成血液中的酒精濃度值；顯示在LCD，若達到飲酒或醉酒濃度閾值報警，最后將測試結(jié)果通過藍牙上傳到手機或計算機中進行存檔。

參考文獻

[1] Hayakawa H，F(xiàn)ischbeck PS，F(xiàn)ischhoff B. Traffic accident statistics and risk perceptions in Japan and the United States[J].Accident Analysis & Prevention，2000，32（6）：827-835.

[2] 梁集賢，楊青，荊瑩.駕駛員血液中乙醇濃度（BAC）與交通事故相關(guān)性研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，4（5）：63-65.

[3] 孟祥海.基于STM32F407ZG的呼氣式酒精含量檢測儀的研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2014.

[4] Sakairi M.Water-cluster-detecting breath sensor and applications in cars for detecting drunk or drowsy driving[J].IEEE Sensors Journal，2012，12（5）：1078-1083.

[5] 徐連成.基于單片機設(shè)計的酒精氣體濃度探測儀[J].電子技術(shù)，2014（9）：93-96.