高精度酒精检测仪设计方案

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一 、项目背景及可行性分析
          1．项目名称，背景，项目的主要内容及目前的进展情况
          项目名称：基于PIC32控制的酒精检测仪及通过RFID记录违规驾驶员身份的系统；
           
          项目背景：动车驾驶人员“酒后驾车”以及“醉酒驾车”极易发生道路交通事故，严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。为了减少或杜绝这种现象，对于交警如何准确检测司机是否酒后驾驶和酒精浓度等已成为一种必然的趋势。故随着科技的发展，精度和准确度越来越高的酒精测量仪相继出现。虽然各种各样的酒精测量仪精确度越来越高，功能也越来越多样化，但未曾出现可以在测量司机酒精浓度的基础上同时输入司机驾驶证号和利用身份证芯片本身所带的信息的方法记录违法司机的个人信息，以便为司法提供确切证据。
           
          随着公安部五条禁令的公布，酒精检测仪的需求逐渐增加传统的酒精测量仪功能单一，仅能满足有限的测量功能。而随着现代科技的进步，特别是含有内部芯片的第二代身份证的普及以及未来各种证件的信息芯片化，实现一种当查出酒后驾车后，录入违规驾驶员身份信息的新型酒精测量仪是十分必要的。
           
          项目的主要内容：设计一种新型的酒精测量仪，可以准确探测气体酒精含量，且不受烟味等非酒精类气体的干扰。同时对查出酒后驾驶的司机通过RFID进行身份证录入，还可通过USB接口将仪器内存储的信息上传到数据库，方便后续处理。同时还可以进行实时打印作为证据。
           
          2．项目关键技术及创新点的论述
          创新点（1）：采用新型氧化锡半导体作为传感器进行酒精检测
          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。其主要检测原理如下所示：当具有N型导电性的氧化物暴露在大气中时，会由于氧气的吸附而减少其内部的电子数量而使其电阻增大。其后如果大气中存在某种特定的还原性气体，它将与吸附的氧气反应,从而使氧化物内的电子数增加，导致氧化物电阻减小。半导体-氧化物传感器就是通过该阻值的变化来分析气体浓度。
           
          创新点（2）：通过RFID对酒后驾车人员进行身份录入
          （1）通过射频识别技术（RFID）提取二代身份证内置芯片个人信息
           身份证换代后，公民普遍持有二代身份证，二代身份证中内置有防伪芯片，随着RFID技术的日渐成熟和普遍应用，将来有可能驾驶证或者有关证件也会信息芯片化，可以通过射频识别技术（RFID）提取证件的个人信息，以提高交警的办公效率和降低因为手写而出现的错误，其次其储存打印功能为日后的纠纷提供司法证据。
           
          （2）手动记录身份信息
          为确保提高系统的可靠性，可手动输入被测者车牌号、驾驶证号及测试执行者编号；以确保因为误操作导致信息输入错误，通过驾驶证号和车牌号以及身份证号的三重输入，达到信息的绝对准确性。
           
          考虑到第二代身份证内部信息的加密，需要公安局授权的专门读模块SAM才能读取内部信息，所以我们打算使用普通射频卡来代替二代身份证，通过对射频卡进行事先写入密钥以及个人信息等，来达到高度模拟。
           
          创新点（3）：通过USB端口进行数据传输。
          （1）进行酒后驾车记录上传
          现在对交通违规实行的是累计积分制度，当查出酒后驾车后录入有关人员的身份信息后，充分运用PIC芯片的USB功能与PC机进行数据通信，通过PC机经互联网实现记录在交通局数据库的储存，从而实现联网扣除积分等相应功能。或者通过相应软件转换成EXCEL表格方便后续处理。
           
          （2）通过上位机软件对系统更新及基本设置
          可以通过USB进行系统更新，增加新的功能选项等。还可以通过上位机软件对该仪器进行初始化或者相关参数设置。
              
         
            
           创新点（4）：打印身份信息功能部分
          打印可分为有线打印以及无线打印。其中有线打印是通过串口或者并口的连接，可以实现对采集信息的实时打印。而无线打印则通过无线传输模块进行打印数据的传输，另外一端还有一个8位单片机进行数据接收以及控制打印。打印内容包括时间，测试浓度，民警执勤号，被测者身份信息，测试地点等。
           
          关键技术（1）：不受其他气体的干扰，准确酒精浓度的测量；
          关键技术（2）：通过RFID进行有关信息写入。
          关键技术（3）：通过USB进行信息上传。
          关键技术（4）：无线传输打印测试信息
           
          3．技术成熟性和可靠性论述
          我们已通过相关项目证明上述模块已经熟练使用，像RFID模块，以及无线传输模块，之前的项目积累了相关经验，可以很快移植到PIC32上面，便于实现上述各种功能。团队成员均有比较扎实的嵌入式基础和设计功底，和信号处理方面的以及模拟电路专业知识，完全有能力保证该项目的顺利实施，最终完成项目。
           
          二、项目实施方案
          1．方案基本功能框图及模块实现功能描述

       

         图1  方案基本功能框图

         

          （1）酒精检测部分
          采用可替换的吹管，保证被测试人的健康卫生。可自由设定饮酒、醉酒报警值等信息。仪器报警时伴随有声报警信息，屏幕也会显示相应的提示信息。人饮酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经过血液循环，约有90%的酒精通过肺部呼气排出，因此测量呼气中的酒精含量，就可判断其醉酒程度。开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气，仪器就能显示出酒精的浓度的高低，从而判断该司机是否酒后驾车，若出现酒后驾车等情况，交警可通过对司机提交的身份证提取身份信息并输入到酒精测量仪里面，作为司机违反交通规则的证据。
           
          2. 身份信息提取部分：与创新点（2）相同
           
          3. 通过USB端口进行数据传输：与创新点（3）相同
           
          4. 打印身份信息功能部分：与创新点（4）相同
           
          5. 触摸屏部分
          使用电容式触摸屏，实现对各部分的操作以及控制等。通过人性化的图形界面，使有关人员可以很快上手使用。可通过操作屏幕进行各种相关数据设置。具体型号待正式启动项目后做出决定。通过触摸屏进行用户密码确认，分为普通用户和超级用户，普通用户只能正常操作，超级用户可修改酒精显示位数，时间，定制单位，以及酒后驾车及醉酒驾车的警告浓度。
           
          6.电源模块
          考虑到便携式的特点，应使用可充电电池或者锂电池增加一次性使用时间，在有直流电源的情况下，可接入直流电源作为主要电源使用及充电。当电池电力不足时，可自动闪亮电源灯以及休眠或关机等。具体模块型号待正式启动项目后做出决定。
         
          2．需要的开发平台
          所需要的开发平台为PIC USB Starter KIT Ⅱ。由于考虑到要使用USB接口进行数据传输，所以选择该平台。
           
          3．方案实施过程中需要开发的模块
          本方案将设计分为7个大的模块，RFID模块，存储器模块，电源模块，无线传输模块，打印模块，触摸屏模块，还有传感器模块。
          其中RFID模块及无线模块利用现有成熟模块来完成；电源模块，触摸屏模块及存储器模块可以根据实际需要做出调整；传感器模块尽可能的使用成熟的方案及传感器，以节省开发时间和成本；
           
          4．系统最终要达到的性能指标
          用PIC USB Starter KIT Ⅱ作为核心设计一种基于RFID获取个人信息的酒精测量仪，且不受烟味等非酒精类气体的干扰，并对酒后驾车人员进行身份录入方便后续处理，满足实际应用的要求.
           
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