酒精检测仪论文

酒后驾驶与交通事故、交通肇事具有黑色的联系。“酒文化”在我国源远流长，适度饮酒能驱寒解乏延年益寿，增添喜庆气氛，然而，在交通活动中酒后驾驶则是“自己一口酒，他人一行泪”，危害甚重。笔者试从酒后驾驶的含义、危害、产生原因及防治措施等方面对酒后驾驶现象进行检讨。 一、正名：何为酒后驾驶 酒后驾驶、醉后驾驶要受处罚，但是酒至几巡才算酒后驾驶、醉后驾驶？ 依2004年5月31日发布的国家标准《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验》（GB19522-2004）的规定：车辆驾驶人员血液中的酒精含量（英文缩写为BAC）20mg／100ml≤BAC＜80mg／100ml的驾驶行为为饮酒驾车；80mg／100ml≤BAC的驾驶行为为醉酒驾车。换言之，车辆驾驶人员血液中的酒精含量BAC低于20mg／100ml时，驾驶人可以合法开车。 检测是否酒后驾驶、醉后驾驶最准确的方法是即时检查驾驶人员血液中的酒精含量。当前世界各国家几乎都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测。从而认定驾驶人是否为酒后驾驶、醉后驾驶。酒精呼气测试仪提供BAC的数据，是最有效、最直接的处罚证据。 二、反思：酒后驾驶之危害 据世界卫生组织有关资料统计，全世界每年因车祸丧生的人数超过60万人，我国每天在车轮下丧生者达200余人，大约50%～60％的车祸与饮酒有关。 酒精实质上是一种麻醉剂。酒精进入人体血液后会影响人的中枢神经活动并延及到运动神经和末梢神经，使手足的活动迟缓，其运动的及时性、准确性、协调性和可靠性大大降低，驾驶人的体力、判断力和协调能力也会相应下降。 总的说来，酒后驾驶的危害主要表现在以下几个方面： 1.视觉能力变差。人们通常情况下的外围视界可覆盖180度。然而，酒后视域度将会缩减，而且喝得越多，视域度愈缩减，以至于无法看清周边的环境，对光的适应变差，容易产生视觉错误。行驶中易撞击静止的树木、线杆或停放的车辆，而致人、车损伤。此外，亦可能抓不准目标，看不清楚车道线，脱离本车道呈S形运动，致与其他车辆或行人相撞，甚至冲出路面，后果往往相当严重。 2.运动反射神经迟钝。人们酒后，尤其是醉后，其判断力、自身感受能力下降，驾驶人自以为脚提起来要踩刹车，实则反应迟钝，已慢了一两秒。在避让位移中的人、车时，易造成控制不住车速，且躲向一个方向而发生事故。 3.神情亢奋、自我膨胀。饮酒后精神兴奋、盲目相信自己的驾驶技术及对环境情况的确信程度、自我感觉良好，总觉得车速慢，油门情不自禁下压，易开英雄车、“斗气车”，尤其是醉酒后的驾驶人往往故意炫耀其驾驶技能，操作动作相当夸张且车速快，但本人手足动作已经迟缓或失常，当紧急情况出现时，措手不及而造成事故。 三、检讨：酒后驾驶何以禁而不止 相对国外的相关法规，我国的处罚还是比较轻的。 （一）传统酒文化的浸润。饮酒是中国传统文化之一，自古就有“无酒不成宴”的说法，年节来临，亲朋聚会，酒是不能缺少的。人们无论在悲伤的时候还是在高兴的时候，都愿意借酒抒发自己的情怀【1】。从古到今关于喝酒的典故和诗句数不胜数，武松打虎、醉打金枝……“酒逢知己千杯少”，“酒不醉人人自醉”，“何以解忧，唯有杜康”……到了现代更有愈演愈烈之势，尤其随着现代商业的发展，人们社交场合的增加，饮酒已经变得难以避免，无论大事小事都要抿上一口、干上一杯，三五好友聚会，喝了酒开着车在大马路上横冲直撞的事情经常发生，由此引起交通事故呈增加趋势。 （二）酒后驾驶违法成本过低，酒后驾驶执法管理成本较高。一方面，根据《道路交通安全法》的规定，对酒后驾驶和醉酒驾驶分别给予罚款、暂扣驾驶证的处罚，最高给予2000元罚款、行政拘留的处罚。违法者承担的法律后果显然比给道路交通安全造成的危害要小得多。另一方面，交管部门的警力无法实现对酒后驾驶的动态监管，其管理手段依赖于路面查处和处罚，普遍存在集中整治多、长效管理少的现象，交警在执勤中发现驾驶人有酒后驾驶嫌疑的，经多次检测并经驾驶人确认无误后，才能依法给予处罚。程序过于繁琐，加之检测仪器价格昂贵，基层实际配备数量不足，致使执法人员积极性不高，制约了管理效能的发挥【2】。 （三）“酒后禁驾”社会声讨的缺失。由于传统酒文化的影响，社会民众并没有对酒后驾驶的危害引起足够的重视，民意、社会尚未形成“酒后不驾驶，驾驶不饮酒”的舆论氛围，相反，还在一定程度上对酒后驾驶采取默许态度，使得这种“社会公害”行为客观上没有遭到社会舆论的围剿与声讨，而游离于在“社会公害”之外。 （四）生活习惯的影响。现代人的朝九晚七的工作、生活习惯以及社会活动应酬的需要，早上想多睡会儿，中午的工间、闲暇时间太短，不够“扳倒井”，晚上则可以自由活动，人们于是把喝酒和宴请的时间大多放在晚上，导致晚上酒后驾驶的人数剧增，相应的事故起数也大幅增加，晚20-21时达到最高值，然后再逐渐减低。 （五）侥幸心理、虚荣心理的驱使。驾驶人明知酒后驾驶存在极大的危险，但还是在“没那么倒霉”侥幸、虚荣心理驱使下冒险酒后驾车，“大不了抓到了罚钱就是”。总之，在多方面原因的影响下，驾驶人如果缺乏职业操守和道德自律，就很容易产生酒后驾驶违法行为。 四、纷争：酒后驾驶交通肇事该当何罪 关于酒后驾驶交通肇事行为的定性，可谓仁者见仁，智者见智。司法实践中，也出现了大相径庭的做法。笔者以为，对于酒后驾驶交通肇事行为的定性，应分清情况，区别对待。 1.酒后驾驶肇事行为构成交通肇事罪。这是最普遍、最常见的认定。根据我国现行刑法及相关司法解释的规定，驾驶人酒后驾驶机动车辆而交通肇事，致一人以上重伤，负事故全部或者主要责任的，或者驾驶人酒后驾驶机动车辆，肇事后逃逸，致使被害人因得不到即时救治而残疾或死亡的，以交通肇事罪定罪处罚。2.酒后驾驶肇事行为构成故意伤害罪或故意杀人罪。根据我国现行刑法及相关司法解释的规定，如驾驶人在交通肇事后，为逃避法律追究，将被害人带离事故现场后隐藏或者遗弃，致使被害人无法得到救助而死亡或者严重残疾的，分别依照故意杀人罪或者故意伤害罪定罪处罚。此乃转化型故意杀人罪、故意伤害罪。3.酒后驾驶肇事行为构成以危险方法危害公共安全罪。诸如，汶上县一名司机邵某酒后驾车在县城繁华路段连撞7人，导致4人死亡3人受伤案【3】。邵某的行为构成交通肇事罪还是以危险方法危害公共安全罪？笔者以为，对于酒后驾车、故意飙车这种明知可能侵犯不特定多数人的生命财产安全，而不顾他人的安危，放任其行为产生恶劣社会后果的，其主观上属于间接故意，构成以危险方法危害公共安全罪，而不属于交通肇事罪。因为，交通肇事罪与以危险方法危害公共安全罪的最主要区别在犯罪的主观要件与客体要件方面，即前罪的主观方面是过失，客体是交通运输的正常秩序和交通运输安全；后罪的主观方面是故意，客体是公共安全，其社会危害性重于交通肇事罪，故以危险方法危害公共安全罪的法定刑要重于交通肇事罪，其最高可判处死刑。 五、疗治：怎样防范、减少酒后驾驶 （一）完善酒类行业管理立法。一是要借鉴烟草行业的管理立法，强制要求在烈性酒外包装及酒瓶上印制诸如“饮酒有害安全”的字样，警示公众酒后驾驶。二是要健全公务接待方面的立法，强制规定公务员接待活动不得饮酒或者驾车人员不得饮酒，从而封堵公车酒后驾驶。同时要将公务员在公务接待活动中“严禁饮酒”作为一项纪律要求，树公务接待之新风。 （二）酒后驾驶的违法成本，使其“一滴酒、一滴血”。一是酒后驾驶犯罪化，即在刑事立法修正案中，增加规定，一旦饮酒驾驶机动车辆，无论是否造成重大损害，一体构成犯罪，从而增加其酒后驾驶的犯罪成本。二是加重机动车驾驶人酒后驾驶的法律责任，对酒后驾驶坚决实行“零宽容”、“零放行”。如规定，首次发现酒后驾驶的给予暂扣驾驶证、罚款等处罚，第二次给予终生禁驾的处罚，以此提高酒后驾驶违法成本。三是规定对酒后驾驶发生交通事故的，参照无证驾驶或驾驶不符合安全要求的车辆发生交通事故保险公司不予赔付的做法，免除或者减轻保险公司的赔付。此外，还可规定增加酒后驾驶交通肇事者的损害赔偿比例，赋予知情劝酒者的连带责任。 （三）强化交通安全宣传，提高驾驶人的防范意识。政府要把“酒后禁驾”纳入公民道德建设范畴。在全社会倡导正确的饮酒观，引导公众树立“酒后禁驾”的意识。采取多种形式，广泛宣传酒后驾驶的巨大危害，如在源头场所——宾馆、酒店、饭店等处、在道路两侧张贴警示宣传图、牌，随时提醒警告过往的驾驶人员；通过广播、电视、报刊等新闻媒体定时、定期播放“酒后禁驾”公益广告、发送手机短信等形式，在全社会营造良好氛围。 （四）坚持科技强警的方针，利用科技手段预防酒后驾驶。基层交警大队、中队应普遍配备酒精测试仪，执勤民警上路应随身携带并正确使用。对嫌疑人随时进行随机测试，用现代化的科学仪器证明驾驶人是否饮酒，用事实说话，用数据说话，使其心服口服，增强执法的科学性。与此同时，还要鼓励和支持汽车制造商研发酒后驾驶的防治装置，重视和加强人体酒精含量检测技术的研究及应用，研发适用简便、准确度高的新产品供执法部门使用。 （五）分析掌握酒驾的规律，加强对酒驾的管理查纠力度。借鉴世界上一些发达国家对酒后驾驶行为管理的先进经验，如：酒店、宾馆等处配备酒精测试仪，方便驾驶人在驾驶前进行自测；特别要对饭后从宾馆、酒店驶出的车辆进行严格检查。同时根据男性驾驶人喝酒几率大的特点，将青年男性驾驶人员作为酒后驾驶行为管理的重点。对累犯者加重处罚力度；对年轻驾驶人或刚获驾驶证的人员规定更低限值等。结合中国实际，不断探索防范酒后驾驶的新的管理途径。 （六）设立酒后驾驶随机纠正点，依法从严处罚酒驾、醉驾。设立酒后醉后驾驶随机监测点、清醒点，对查处的酒后驾驶、醉后驾驶人员依法从严处罚。发现酒后驾驶、醉后驾驶者，应立即中止其违法行为，并在设立的纠正点待其清醒后才可以放行，切不可简单地罚款后即放行。区分酒后驾驶、醉酒驾驶，依照《道路交通安全法》的规定，该拘留的要坚决拘留，该暂扣、吊销驾驶证的要坚决暂扣、吊销驾驶证，形成严管重罚的管理态势。 （七）赋予酒类经营者的社会责任，积极开展“代驾”服务，为酒后禁驾提供保障【4】。设定酒类经营者生产商、销售商的告知义务，酒类生产商必须在其所有酒类产品的包装上标示“饮酒后禁止驾驶车辆”的警示语。酒类销售商出售酒类产品时应主动告知酒后禁驾。在销售酒类产品以及停车场的公共场所设置醒目的“饮酒后禁止驾驶车辆”的警示标牌。提倡和支持酒类销售商提供酒后代驾服务，并尽早制定相关法律制度对此类服务予以规范，明确服务者和被服务者的权利义务，以及纠纷发生时的救济途径。有关部门应督促销售商履行代驾服务的义务，加强代驾从业人员培训管理和市场监督。

检测原理：

原理是呼气式酒精测试仪中有电化学传感器，当呼气样品的酒精分子通过传感器时，酒精转化成乙醛，由于释放电子引起了传感器电流的变化，微处理器便测定传感器的电流，从而快速准确测量呼吸中的酒精含量，并换算成血液中酒精含量值。

交警用经硫酸酸化处理的三氧化铬(CrO3)(与重铬酸钾原理类似)硅胶检查司机呼出的气体，根据硅胶颜色的变化(硅胶中的+6价铬能被酒精蒸气还原为+3价铬，颜色发生变化，喝的越多颜色越深，橙黄变灰绿)，可以判断司机是否酒后驾车。

扩展资料

一、酒驾检测过程

交警在查酒驾的过程中，首先是通过嗅觉来判断，一些人喝酒太多，开车摇摇晃晃，一看就是醉酒驾驶。而真正的检测过程则是通过酒精含量探测器，让司机对准仪器吹口气，仪器会直接显示为无饮酒、饮酒、醉酒字样，或者是显示酒精含量数据，来判定属于哪种情况。

二、用途

可以用于判断是否酒后驾车。通常的酒后驾车的检测有两种方法：一是检测人体的血液酒精浓度，一种是检测呼气酒精浓度。从理论上说，要判断是否酒后驾驶，最准确的方法应该是检查驾驶人员血液中的酒精含量。

但在违法行为处理或者公路交通例行检查中，要现场抽取血液往往是不现实的，最简单可行的方法是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。

参考资料来源：百度百科-酒精检测仪

c题 2004年全国大学生数学建模竞赛C题"饮酒驾车"问题的后续研究过程和体会 数学建模竞赛的深化与拓广 罗万成 重庆文理学院数计系 Tel: Email: 组织研究过程 研究已有成果 进一步研究设想 研究后的体会 组织后续研究项目的过程 赛后充分的思考:严禁酒后驾车 现有动力系统模型基本解决驾驶员饮酒量与停驾时间量化分析的交通难题,对驾驶员掌握驾驶时机有意义; 关注相关信息:模型的实际应用是当今社会非常急需,酒后驾车者被视为公路第一杀手 ; 研究切入点:提出了"酒精浓度衰退曲线的应用研究"这一课题; 争取学校支持:借第九届全国大学生"挑战杯"竞赛的契机,向学校有关领导作了积极的介绍. 问题提出 组织后续研究项目的过程 成立课题组:去年11月中旬拟出了调查研究的工作方案 ; 社会调查 :设计了"关于安全饮酒知多少的问卷调查表",于去年12月对我校校区所在的永川市发放了150问卷份; 文献查新 :检索了国内近10年和国外近5年的相关文献,并委托教育部科技查新工作站进行查新; 应用子课题:驾驶员饮酒量与停驾时间量化分析,驾驶员理论培训,肇事时血液中酒精浓度的反推算,车保赔偿 . 调查研究 组织后续研究项目的过程 研究方法思路 实测数据 相关参数 修正模型 拟合 实际应用 完善模型 组织后续研究项目的过程 确定模型参数:模型中的参数通过血液中酒精浓度(blood alcohol concentration,BAC)的实测数据拟合获得,得到的参数是否准确,决定模型是否具有强健性和可应用性,需准确获得个体BAC的衰减数据 ; 第一次测试 :3月中旬,AT200便携式酒精检测仪,检测了20名健康男性志愿者; 第二次测试 :5月中旬,重庆市公安局刑警总队科技处用岛津GC-16A气相色谱仪,检测了30名健康志愿者,做了近900个BAC样测试 . BAC测试 组织后续研究项目的过程 主要研究工作完成后,我们将研究初步结果送到前面提及的相关单位专家手中,听取他们的意见.他们是本项目涉及到的实际应用领域的执行者和评判者.确切地说,他们的意见对我们进一步如何完善模型是非常有积极意义的.根据他们对该研究初步结果提出的宝贵意见,我们综合分析后,找到进一步深化,提高,拓广研究的途径. 应用反馈 组织后续研究项目的过程 根据专家意见,我们对在交通执法中的一大难题,肇事时体内酒精浓度的反推算问题方面再作了一些深入的研究.此外,由于呼吸式酒精测试仪的局限性和误差,我们大胆提出应用于机动车辆的手持感应酒精测试仪的研制设想,并提出将该模型方法用于其它手工操作的机械业,以及在医学,农学,养殖业等其他领域的相关研究设想,进一步完善模型的相关内容. 完善模型 后续研究研究已有成果 课题组在赛后继续研究中不断努力,力挫艰难困苦,并得到校内外力量的友好帮助和支持,项目研究任务基本完成,目前已得到了社会和科技界的一些认同. ●赵一鸣 副主任法医师,重庆市公安局刑警总队技术处副处长,重庆市法医学会秘书长,二级法医官. 实验严谨,结论有明显的对比性.对于酒精在人体内的代谢浓度,有较完整数据. 针对课题组织了有代表性的调查问卷.对于酒后驾驶的安全性,保险对酒后肇事的赔付等有着指导作用. 对于法医学中所用的血中乙醇浓度反推生前饮酒量有意义. 尤其对于学数学的大学生能够在应用领域做出这种课题,更为难能可贵 . ●邱有宽 重庆市公安局交通管理局,交通警察总队事故处副处长,交通事故伤残评定中心负责人. 在"严禁酒后驾车","酒后驾车肇事不予赔偿"的规定和现实之间寻求一种合情合理又合法的新途径,提出了"安全饮酒"的新概念. "酒后安全驾车时刻表",对于有效地预防和避免交通事故的发生有着一定的积极意义. 研究提供了更科学,数字化地判断驾驶员是否应该驾车的依据,有利于解决驾驶员饮酒量与停驾时间量化分析的交通执法难题. 作品《酒精浓度衰退曲线的应用研究》获得"第九界全国大学生挑战杯"重庆赛区特 等 奖 进一步研究设想 通过研究后的思考,认为结论对社会实践有较好的意义,对交通司法有一定的帮助; 但模型研究中存在一个重要的假设,即酒精在各人体中的吸收,消除速率基本相同,该假设在小概率事件; 人对酒精的吸收与代谢的各项个体差异显著,尤其是乙醇脱氢酶的个体差异非常显著; 提出以下研究设想. 对吗 进一步研究设想 动力系统模型中考虑乙醇脱氢酶因素; 探讨驾驶员反应曲线与安全驾车的关系. 研究后的体会 在赛区和全国组委会的关心和指导下,我们对该后续研究项目经过9个多月的探究,于今年6月底初步结题.通过这次实践,我们认为虽然工作难度大,但研究具有较好的意义和价值,同时也体会到在研究中需把握住一些关键环节,这是研究工作顺利开展的保障. 研究后的体会 论文不可避免地存在着一些不妥或不完善之处,严重制约着其成果的应用和推广(推销). 将获得一些解决实际问题的重要方法和理论依据: 1)数学科学技术的转化,直接投身国家相关建设科技和社会服务; 2)激励学生以后对数学和数学建模的学习; 3)通过加工,然后融入数学模型或其它数学主干课程中去,有利于当代大学生的数学素质的提高,有利于大学数学教学改革的进一步拓展. 研究意义 研究后的体会 选题恰当,学校支持,社会和科技界认同是研究工作实施途径中的三个关键环节,其中科技界和社会的理解,认同和支持尤其重要,只有他们的友好帮助,我们的研究才能得以顺利进行. 关键环节 致谢:叶其孝教授,姜启源教授去年研制了"饮酒驾车"问题,应该说我们的工作是建立在两位专家创造性劳动基础之上的.同时本项目在研究过程中得到叶其孝教授,姜启源教授,任善强教授的关心,鼓励,支持和指导,在此一并致谢!

可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，分别是： 1，燃料电池型（电化学） 2，半导体型 3，红外线型 4，气体色谱分析型 5，比色型 由于价格和使用是否方便等因素所决定，目前普遍使用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型二种。这二种能够制造成便携型呼气酒精测试器，适合于现场使用。 半导体型采用氧化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低，半导体型呼气酒精测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体在不同工作温度时，对不同的气体敏感程度是不同的，因此半导体型呼气酒精测试仪中都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对酒精具有最高的敏感度。 燃料电池型呼气酒精测试仪采用燃料电池酒精传感器作为气敏元件，它属于电化学类型，因此又称为电化学型。燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染。作为酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满了特种催化剂，它能使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在二个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上。此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比，这就是燃料电池型呼气酒精测试仪的基本工作原理

在食品工业、酿酒行业、石化和工矿企业、环境检测、公安交通管理、社会公用事业等一些国民经济生产和人们工作生活的领域和场合中，常常需要检测特定环境中酒精气体的浓度，以确保工厂企业环境安全和人民生命财产安全[1-4]。如监控酒精生产车间和石化厂的酒精浓度，可以避免工厂起火和爆炸事故的发生；监测工矿企业场地的酒精浓度，能避免工作人员出现酒精中毒等恶性事故；检测司机体内酒精含量，可以防止驾驶人员酒后驾车，减少恶性交通事故的发生。因此，研制酒精气体浓度检测仪具有十分广阔的现实和潜在的市场需求，并具有十分重要的意义。传统的酒精气体检测仪因传感器性能、电路设计、数据处理算法等原因，存在着气体选择性不高、抗干扰性能差、智能化程度低、仪器操作复杂、无法实时保存和调看数据等突出问题[3-4]。鉴于此，笔者设计和研制了一种无线智能酒精浓度探测仪，弥补了传统酒精检测仪器的缺点和不足。

1 系统总体方案

该酒精浓度探测仪由发送端和接收端两部分组成，其原理框图分别如图1和图2所示。发送端主要包括酒精浓度传感器与A/D转换电路、STC90C52RC单片机、浓度阈值设置与声音报警电路、语音播报电路、LCD显示电路和无线收发电路六部分；接收端由无线收发电路、STC90C52RC单片机、数据接口通信电路和上位计算机组成。

2 系统硬件电路设计

传感器电路与A/D转换电路

TGS2620为日本费加罗(FIGARO)公司生产的一款可以探测气体中酒精浓度的半导体气体传感器，具有灵敏度高、功耗低、寿命长、成本低等特点[5-6]。其电路连接如图3所示，其中，RH为加热器电阻，室温下时为83±8 Ω；RS为传感器电阻，其阻值和还原性气体浓度之间的数学关系为：

通过检测VRL就可以确定出待测气体浓度C。

电路中运放OP07接成电压跟随器形式，对传感器和后级电路进行隔离，减小电源波动和外界因素对采样数据的影响。ICL7660是MAXIM公司生产的小功率极性反转电源转换器，作用是将+5 V电源变换成-5 V电源为OP07供电。其中，CC2采用漏电小、介质损耗低的10 μF钽电容，以提高电源转换效率。TLC1549是TI公司生产的10位分辨率逐次逼近型ADC芯片，具有自动采样和保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能，在满刻度时总误差最大仅为±1 LSB。

LCD显示、阈值设置与声音报警电路

16×2个字符液晶显示模块DM-162显示报警阈值和酒精浓度值。为了减少单片机I/O口的使用数量和简化电路结构，采用间接控制(4位数据总线)方式，接口电路如图4上部分所示。初始化时，需写入28H指令码将8位总线转为4位数据接口方式。管脚BLA、BLK和VL分别是液晶背光源正极、负极和显示对比度调整端，RS、E分别是寄存器选择端、读/写信号线和使能端。

酒精浓度阈值设置和声音报警电路如图4下部分所示。当设置键S1按下时，进入阈值设置(初始阈值为500 ppm)界面，再按下键S2或S3，对阈值作增加或减小操作，步长为20 ppm。阈值设置好后写入STC90C52RC单片机片内5 KB EEPROM的第一扇区2000H和2001H地址中，使系统重启不必重新设置。若酒精浓度值大于阈值，将口线置为低电平，三极管8550驱动蜂鸣器发声音报警。

语音播报电路

采用华邦(Winbond)公司的ISD2560语音录放集成芯片作酒精浓度值播放，电路如图5所示。话筒采用差分形式接入到片内前置放大器的MIC端和MIC REF端，以抵消噪声和提高输入共模抑制比。扬声器接成双端输出形式，输出功率为单端用法时功率的4倍。单片机的P2口、和口线分别与地址线A0~A9相连，用来设定ISD2560片内480 KB EEPROM(地址为0H~257H)中存储语音段的起始地址，录音和放音功能均从该起始地址开始，录音过程中信息段地址自动增加。本系统在ISD2560中需录入语音信息有：“当前酒精浓度值为”、“零”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”、“十”、“百”、“千”、“点”、“ppm(浓度单位)”。由于ISD2560的语音录放时间为60 s，按每秒3个汉字计算，则可录放180个汉字，因此满足播报要求。此外，通过、和口线可以配置ISD2560的操作模式[7-8](地址为300H~3FFH)。口线分别用来控制语音芯片的片选、芯片的开关、录音/放音模式选择。口用来判断芯片的存储空间是否已经填满或者信息存储是否溢出。由于录音时在每个信息段结尾处自动插入标志，当放音遇到该标志时产生宽约为 ms的负脉冲。用口检测到此脉冲的上升沿后才播放另一段录音，避免语音播放不连续。

无线收发电路

系统采用NORDIC公司生产的工作于 5 GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片nRF24L01完成无线数据的收发工作，nRF24L01的最高传输速率为2 Mb/s，电路如图6所示。稳压芯片 V将5 V输入电压转换成 V给nRF24L01供电。nRF24L01与单片机接口为四线SPI方式，CSN、SCK、MOSI、MISO管脚分别是SPI的片选使能线、时钟线、数据输入线、数据输出线。IRQ为中断信号线(低电平有效)，接至单片机的外部中断管脚，单片机主要是通过该接口线与nRF24L01进行通信并判断数据接收和数据发送是否完成。CE为芯片的RX/TX模式选择线。IREF为参考电流输入端，通过22 kΩ电阻接地。管脚ANT1和ANT2给天线提供平衡的RF输出，通过后接的简单射频网络匹配电路获得单端50 Ω的阻抗输出。网络匹配电路在发送模式时阻止谐波，在接收模式时克制本地振荡漏出。VDD_PA管脚输出 V电压，给片内功率放大器提供电源。

数据接口通信电路

接收端的计算机与单片机间的通信由串行USB接口集成电路CH340T完成，如图7所示。CH340T支持或者通信，具有仿真接口，并且可以升级外围串口设备，支持常用的MODEM联络信号，支持IRDA规范的SIR红外通信，提供RS23RS48RS422接口等功能。CH340T内置有独立的收发缓冲区，支持通信波特率50 b/s～2 Mb/s的单工、半双工、全双工等异步串行通信。图7中，在CH340T芯片的发送脚TXD上反接一个二极管1N4001，防止该引脚将电流倒灌到单片机；在接收引脚RXD上加一个300 Ω的限流电阻来防止单片机对CH340T倒灌电流；从而避免电流倒灌导致不需要供电工作的另一方芯片继续工作。

3 系统软件设计

下位机软件设计

下位机的程序开发和调试是在Keil μVision4集成开发环境下进行的，包括发送端和接收端的软件设计。

发送端软件设计

发送端软件流程如图8所示。单片机上电后进行系统初始化，完成单片机内部系统变量的初始化以及TLC154DM-16ISD2560和nRF24L01等外部设备的初始设置；然后延时大约5 min，预热传感器TGS2620，保证传感器工作正常；程序初始化结束后，系统进入监控状态。若报警阈值设置键按下，进入报警限设置模式；若录音键按下，进入录音模式；然后启动A/D转换获取采样数据，作滤波处理、标度变换和系统误差校正后得到被测酒精浓度值。该值与报警阈值比较，若结果是“大于”或“等于”，启动蜂鸣器发声程序，作声音报警，提示酒精浓度超标；接着该值在DM-162液晶模块上实时显示；最后判断放音键是否按下。若按下则根据酒精浓度值查找ISD2560中对应语音信息的存储地址开始放音；放音结束后，该值由nRF24L01发送程序发送到接收端；待发送完成后，采集、显示和发送新一轮的酒精浓度数据。

发送端软件应用了防脉冲干扰平均滤波法[9]对A/D采样数据作预处理。其原理是：连续采样K次，然后对这K个采样数据进行比较，去除其中的最大值和最小值，计算剩下的K-2个数据的算术平均值作为采样有效值。该方法融合了中位值滤波法和算术平均滤波法的优点，既可去掉脉动性质的干扰，又可消除偶然出现的脉冲性干扰引起的采样值偏差。为加快计算速度，设计数字滤波器时K=10。

为了提高系统的实时性，软件中采用分段线性插值法[10-11]作标度变换。过程如下：(1)按传感器TGS2620的标定曲线，将该曲线进行非等距分段(曲率变化大(小)时，样点距离取小(大))，选取各分段点坐标(VRLi，Ci)(i=0，1，…，M)，其中：VRLi和Ci分别为不同样点时传感器输出电压值和对应浓度值；(2)计算相邻样点间的拟合直线斜率ki=(Ci+1-Ci)/(VRLi+1-VRLi)(i=0，1，…，M-1)；(3)将M组坐标数据(VRLi，Ci)和对应斜率ki存储于单片机片内EEPROM的第二扇区(地址为2200H~23FFH)中；(4)每采集到一个电压值VRL即查询EEPROM表，找出VRL所在区间(VRLi，Ci)~(VRLi+1，Ci+1)，取出该区间(VRLi，Ci)和ki数据，用线性插值公式C=Ci+ki(VRL-VRLi)计算出当前酒精浓度值C。

将采集到的N个样本数据(xi，yi)代入式(5)中即得到系数a、b的值，并存入单片机的内存单元中。系统测量时，将标度变换后的酒精浓度测量值x代入误差校正方程y=ax+b中，即可得到校正后的酒精浓度值y，从而达到消除系统误差的目的。

接收端软件设计

接收端单片机的软件流程如图9所示。接收端开机上电后，程序初始化设置nRF24L01和串口，然后进入监控场景。当nRF24L01接收到一帧完整的酒精浓度数据后，立即通过串口发送到上位机。接收端单片机与PC之间数据交互采用异步通信模式。独立波特率，串口协议设置为：波特率9 600 b/s，8 bit数据位，1 bit停止位，无校验位。

上位机软件设计

上位机用户界面采用通用的基于对象的程序设计语言Microsoft Visual Basic 开发，实现酒精浓度数据的接收、显示和保存。软件用到了串行通信控件MSComm。MSComm控件是Microsoft公司提供的Windows下串行通信编程的ActiveX控件，通过对此控件的属性和事件进行相应的编程操作，即可轻松地实现串行通信。串口通信协议与接收端完全相同。上位机软件的程序流程如图10所示。

4 系统测试

为了检验本系统的测量性能，采用无水乙醇和纯净水按照一定体积比配制标准的酒精溶液作为被测量对象，测试结果如表1所示。其中：单位ppm=μg/mL表示1 mL酒精溶液中含酒精的质量。由测量结果可以看出，测试数据覆盖传感器的量程，测试最大相对误差小于±2%，优于同类设计产品[3-5]。

为了获得本仪器发送端与接收端的最大无错误率的通信距离，在室外进行了nRF24L01随距离的错误率(临界区间)测试实验，结果如表2所示。其中，每米的错误率是10次试验后计算得到的平均值。可见，nRF24L01的传输距离可达到100 m，略高于RFID、ZIGBEE和蓝牙等无线通信技术[12]。

5 主要技术指标

本仪器主要技术指标如下：(1)测量范围：50~5 000 ppm；(2)灵敏度(传感器电阻变化率)：；(3)测量精度：≤±2%；(4)传输距离：≤100 m；(5)工作电源：DC+5 V；(6)工作环境温度：-40 ℃~+70 ℃；(7)工作环境相对湿度：0~85％RH。

6 结束语

本文设计研制了一种基于STC90C52RC单片机、TGS2620酒精传感器和nRF24L01无线通信芯片的酒精浓度探测仪。该仪器现已投入到成都市某小型酿酒厂酒池的实际生产中。现场工作情况表明：系统运行正常，工作可靠；系统具有气体选择性和灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、通信距离远、功耗低、抗工业干扰能力强、性价比优异等优点。该仪器可以应用于食品加工行业、工矿企业、石油和化学工业、环境检测与保护、社会公用事业、高空作业人员、公安交通管理（如酒后驾车、交通警察执法）等需要现场检测或无线遥测酒精气体浓度的场合中，市场应用前景广阔、推广价值较高。

参考文献

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[12] 佚名.各种主流无线通信技术[EB/OL].(2018-05-11)[2019-07-03]..

胡仕兵，陈子为

(成都信息工程大学 电子工程学院，四川 成都610225)

呼气式酒精检测仪采用催化燃烧传感器，酒精蒸汽在其表面形成“无焰燃烧”产生高温，使通过其的铂丝电阻发生变化，测量电阻变化，从而得出数据。