酒精浓度监测(2011-4-6)

酒精浓度检测综合系统的设计

摘 要

本设计描述的是酒精浓度检测系统的开发，一方面在交警执勤时，帮助交警很容易的检测酒精浓度(可以屏幕显示也可以语音播报),另一方面可以实现交通检测数据的记录和上传。该系统设计简单，性能可靠，使用方便，具有很强的推广价值。

关键字 ： MQ3酒精传感器 语音 nRF24L01 上位机

一 系统方案选择

1．1 酒精传感器选择

酒精传感器采用的是MQ3气敏传感器，它对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰，良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。是一款适合多种应用的低成本传感器。 1．2 语音芯片选择

ZY1420A内置ISD1420主控芯片，具有ISD1420的全部优良性能，如大容量的EEROM存储器，消噪的话筒放大器，自动增益调节AGC电路，专用语音滤波电路等。除此之外，ZY1420A还对ISD1320电路的标准外围电路作了优化并全部集成于模块内部，同用户使用标准ISDQ1420的DIP40封装的IC相比较，ZY1420A可以提供更加稳固可靠的性能，更方便的使用同时还减少实际体积。 1．3 无线模块选择

方案一：采用GPRS无线模块，但是在数据收发时服务收费及模块成本太高。

方案二：采用zigbee无线模块，同GPRS模块一样成本偏高。

方案三：选择nRF24L01作为数据的收发使用。24L01是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。具有性价比高，具有多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。

二 硬件设计

2．1 总体设计

图1 原理框图

本系统原理框图如图1，左边是主控部分，右边是无线数据接收及上位机处理部分。其均以430单片机为微控制器，在系统开始运行时首先设定系统的部分参数，再由酒精检测部分完成数据采集，由单片机内部处理后，由语音播报部分将数据信息用声音表达，同时由液晶界面实时显示。然后通过键盘输入驾驶人员的信息，交通事故状况等，经过处理器处理后，再由按键确认发送，由无线模块发送至接收端。

在数据接收端接收到数据信息后由单片机处理，然后用串口上传至PC上位机中，上位机将数据显示出来，再实时保存，并每一个月将信息备份一次，确保了信息的安全。 2．2 各模块具体实现原理分析和说明

图2 下位机1

在该系统中，中间为CPU控制中心，主要包含了单片机复位电路，时钟电路，显示接口等，2.4TFT彩屏液晶，可显示图像及汉字，与控制器可直接相连，以8位数据并行传输数据。

酒精浓度采集电路是由酒精传感器MQ3对外界信息进行采集，然后经过运放对电压进行变压，使其转变为单片机所允许电压，再对采集到的数据进行处理。传感器采集到的模拟信息在送入单片机，对其进行模拟数字转换，模数转换由单片机内置12位高精度ADC完成，减小了外界硬件电路的复杂度。

语音播报部分，是由单片机对语音芯片AY1420的操作来完成。预先对语音芯片进行声音录入，在单片机采样后，经过内部处理，再控制ZY1420播报相应数据，及相应等级。

无线发射和接受电路采用的是NRF24L01无线模块，硬件设计简单，数据接收稳定等特点。电路连接如图2、图3所示。接收端由于要上传数据及其他相关操作，故采用最小系统加无线模块和串口芯片的设计方式。

图3 下位机2

三 软件设计

3．1 主程序流程图

在主程序中主要包括键盘扫描、数据采集及处理处理、显示、声音报警及无线发射等子程序。仪器开机后经初始化，调用液晶显示子程序显示开机界面。通过键盘扫描判断是否有键按下，如有键按下则读出各个按键值。并根据键盘键值确认相应功能。在按下“开始”键后，测量时数据采集程序把数据送人单片机内，由内置12位A／D转换器，将输入端口0-3.3V的采样模拟信号转换为对应的数字量，然后经过相应的数据转换，存储到存储数组中。同时语音播报该数据。然后由显示液晶显示该数据。如果需要将本次检测数据保存，可以使用下位机键盘输入相关信息（包括当事人身份证号码、伤亡人数），按下“确认”按键发送，则执行数据（身份证号码、酒精浓度、酒驾级别、伤亡人数、事故等级、终端号）打包及发送。如图4所示。

开始 系统初始化及设置 显示初始界面 N 确定键按下？ Y 检测 语音播报及存储、显示 Y 重测？ N 相关信息录入 N 数据正确？ Y 等待其他按键 确认发送 数据打包处理 开启发射模式 N 接受“发送成功”标志 Y 显示上传成功 显示上传失败 返回最初设置

图4主程序流程图

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