基于GPRS的智能酒精濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)與應(yīng)用

卓鄭安，朱文立，黃 敏

（上海工程技術(shù)大學(xué)電子電氣工程學(xué)院，上海 201620）

酒駕的最佳判斷方法是檢查駕駛員血液中的酒精濃度，但現(xiàn)場(chǎng)抽血往往做不到，而事后血檢又增加執(zhí)法時(shí)間。簡(jiǎn)單可行的是檢測(cè)駕駛員呼氣中酒精濃度［1］。一般是先確定酒駕并登記身份信息，再到相關(guān)部門查詢驗(yàn)證。信息檢測(cè)或保存若不及時(shí)易產(chǎn)生糾紛。

酒駕者的檢測(cè)裝置存在不足:有的是在測(cè)試儀主體中安裝多個(gè)吹氣壓力或氣流感應(yīng)器，主要檢測(cè)被測(cè)者是否在吹氣；有的報(bào)警裝置安裝在汽車表盤內(nèi)，而酒精測(cè)試儀安裝在汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)一側(cè)，要求駕駛者呼氣啟動(dòng)汽車，而開(kāi)啟汽車的各項(xiàng)酒精含量指標(biāo)模糊［2］；有的檢測(cè)儀僅用在酒廠和食品工廠發(fā)酵監(jiān)控等場(chǎng)所［3］。

基于GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的智能呼氣酒精濃度檢測(cè)儀，通過(guò)GPRS通信網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程主機(jī)交互各類數(shù)據(jù)，無(wú)線查詢和驗(yàn)證酒駕人身份并實(shí)時(shí)保存信息，使現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法更合理公正。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗、易攜帶，具有較好的應(yīng)用前景［4］。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的智能呼氣酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖1。系統(tǒng)組成模塊有:數(shù)據(jù)采集模塊（氣體酒精傳感器、鍵盤）［5］；微處理器控制模塊（GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊等）；上位機(jī)控制模塊（監(jiān)測(cè)中心接收到系統(tǒng)通過(guò)GPRS通信模塊上傳的數(shù)據(jù)，同時(shí)也向各分中心發(fā)送相應(yīng)指令）；輔助模塊（電源模塊、蜂鳴器、數(shù)據(jù)顯示器等）。系統(tǒng)主要功能是氣體酒精傳感器的數(shù)據(jù)采集和GPRS傳輸協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。

2 主控電路設(shè)計(jì)

主控電路中MSP430F149型單片機(jī)是控制核心，它將酒精傳感器［6］、鍵盤、蜂鳴器與顯示器、GPRS模塊等關(guān)聯(lián)在一起。主控電路框圖如圖2所示［7］。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

圖2 主控電路框圖

根據(jù)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布并實(shí)施的《車輛駕駛?cè)藛T血液、呼氣酒精含量閾值與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB19522—2004》，血液中酒精質(zhì)量濃度為0.2g／L時(shí)，對(duì)應(yīng)的呼氣酒精質(zhì)量濃度為0.909μg／L，是飲酒駕車的臨界值；血液中酒精質(zhì)量濃度為0.8g／L時(shí)，對(duì)應(yīng)的呼氣酒精質(zhì)量濃度為363.6μg／L，是醉酒駕車的臨界值［8］。半導(dǎo)體型酒精測(cè)試儀價(jià)格低廉，常用在自我檢測(cè)、一般定性檢測(cè)方面［9］。呼氣酒精濃度檢測(cè)器儀作為強(qiáng)制檢定計(jì)量器具，由法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)執(zhí)行檢定［10］。

2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

首先，氣體酒精傳感器MQ303B 采集信號(hào)，通過(guò)LM358電壓跟隨器對(duì)傳感器和后級(jí)電路隔離，而電壓跟隨器輸出端接單片機(jī)A0通道，由其內(nèi)部的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換。其次，采樣電壓值經(jīng)過(guò)數(shù)字均值濾波和限幅濾波后保存在相應(yīng)數(shù)組中。單片機(jī)運(yùn)用查表法，按保存在其內(nèi)部的國(guó)標(biāo)GB19522—2004方法，將氣體酒精濃度換算成血液酒精濃度并在顯示器上顯示。將采集的信號(hào)和閾值比較后，若檢測(cè)到酒駕（醉駕）時(shí)報(bào)警器鳴叫，顯示器提示交警輸入機(jī)動(dòng)車駕駛證號(hào)或個(gè)人身份證號(hào)。最后，單片機(jī)將所有數(shù)據(jù)打包，通過(guò)GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)測(cè)中心保存。

主控電路顯示器可以顯示GPRS網(wǎng)絡(luò)信息、呼氣者酒精濃度值和鍵盤輸入的機(jī)動(dòng)車駕駛證號(hào)或身份證號(hào)。

2.2 數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸

GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程需要采用TCP 或UDP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此，選擇內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議棧的GPRS模塊的SIM300，插入SIM 卡后就能進(jìn)行GPRS通信。GPRS模塊SIM300接線圖如圖3所示。

GPRS模塊SIM300 要用鋰電池、鎳氫電池或其他外部直流電源供電，電壓范圍為3.3～4.6V，至少要具有2A 峰值電流輸出能力。因此，電源模塊采用MIC29302，該電源模塊輸出工作電壓為4V，瞬時(shí)電流3A。電源模塊MIC29302接線圖見(jiàn)圖4。

圖3 GPRS模塊SIM300接線圖

圖4 模塊MIC29302接線圖

單片機(jī)命令GPRS模塊SIM300經(jīng)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程主機(jī)。用AT 指令集（一種控制通信模塊動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)化指令）編程。通過(guò)硬件連接，用單片機(jī)串口收發(fā)數(shù)據(jù)。單片機(jī)控制模塊通過(guò)RS232串行接口傳遞AT 指令。初始化GPRS模塊，使之附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)撥號(hào)建立PPP 連接，獲取網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商ISP動(dòng)態(tài)分配給移動(dòng)終端的IP地址，并與服務(wù)器的固定IP 地址之間建立Socket鏈接；一旦鏈接成功，移動(dòng)終端可以通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)向上位機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)或指令。單片機(jī)控制模塊接線圖如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

GPRS（general packet radio service）是通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)的簡(jiǎn)稱，是GSM 移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS 以封包（packet）方式傳輸，傳輸速率可提升至56Kbit／s，甚至114Kbit／s［11］。

圖5 單片機(jī)控制模塊接線圖

3.1 單片機(jī)編程軟件設(shè)計(jì)

基于GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的智能酒精濃度檢測(cè)儀中單片機(jī)編程軟件，用于對(duì)酒駕者信息的快速處理和管理。單片機(jī)編程軟件客戶端用單片機(jī)C 語(yǔ)言編寫，在TI MSP430F149單片機(jī)上執(zhí)行；開(kāi)發(fā)軟件是IAR，軟件環(huán)境是具有Windows操作系統(tǒng)。單片機(jī)編程軟件程序流程圖如圖6所示。

單片機(jī)編程軟件主要功能和技術(shù)特點(diǎn):通過(guò)SIM300與主機(jī)連接；當(dāng)檢測(cè)到酒駕后，及時(shí)將信息由鍵盤發(fā)送到主機(jī)；顯示器背光可方便地通過(guò)鍵盤開(kāi)或閉。

3.2 上位機(jī)編程軟件設(shè)計(jì)

檢測(cè)儀監(jiān)控中心的上位機(jī)編程軟件客戶端是在微軟的.NET Framework平臺(tái)下開(kāi)發(fā)的典型C／S架構(gòu)，即客戶端與服務(wù)器交互的程序［12］；實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言C＃（C Sharp）是微軟（Microsoft）為.NET Framework 量身訂做的程序語(yǔ)言；開(kāi)發(fā)軟件是Microsoft Visual Studio 2010。軟件運(yùn)行于.NET Framework2.0 上，通過(guò)文本文檔保存測(cè)試儀終端傳送的酒駕者信息。軟件環(huán)境具有Windows操作系統(tǒng)，版本至少為Windows XP。上位機(jī)編程軟件程序流程圖如圖7所示。

圖6 單片機(jī)編程軟件程序流程圖

上位機(jī)從物理網(wǎng)卡接收到SIM300 發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送至軟件文本框，并在電腦顯示屏上顯示接收到的駕駛證號(hào)或身份證號(hào)、折算后被檢測(cè)者的血液酒精濃度值，以及交警正在處理的時(shí)間等。一旦有新數(shù)據(jù)接收，就自動(dòng)將TXT 文件存檔。

圖7 上位機(jī)編程軟件程序流程圖

上位機(jī)編程軟件主要功能和技術(shù)特點(diǎn):界面登錄信息不完整時(shí)窗口會(huì)提醒；文本框內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)更新并保存信息；為保存數(shù)據(jù)設(shè)有導(dǎo)出日志鍵；有新信息時(shí)自動(dòng)讀取計(jì)算機(jī)時(shí)間；顯示本機(jī)IP 信息，可設(shè)置端口號(hào)；顯示已連接主機(jī)的GPRS模塊IP地址。圖8為監(jiān)控中心上位機(jī)軟件界面圖之一。

4 結(jié)論

（1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)動(dòng)車酒駕或醉駕者的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與及時(shí)處置。

（2）無(wú)線通信系統(tǒng)解決了架線困難、抗干擾性能差、傳感器可擴(kuò)展性差和成本高等問(wèn)題。隨著GPRS網(wǎng)絡(luò)的不斷改善和通信費(fèi)用進(jìn)一步降低，GPRS無(wú)線通信鏈路將有更廣闊的應(yīng)用前景。

圖8 監(jiān)控中心上位機(jī)軟件界面圖

（3）上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)存取、顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化、超標(biāo)智能報(bào)警，提高了工作效率。

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