高精度酒精檢測(cè)儀設(shè)計(jì)方案

一 、項(xiàng)目背景及可行性分析

1．項(xiàng)目名稱，背景，項(xiàng)目的主要內(nèi)容及目前的進(jìn)展情況

項(xiàng)目名稱：基于PIC32控制的酒精檢測(cè)儀及通過(guò)RFID記錄違規(guī)駕駛員身份的系統(tǒng)；

項(xiàng)目背景：動(dòng)車駕駛?cè)藛T“酒后駕車”以及“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故，嚴(yán)重危害了道路交通安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。為了減少或杜絕這種現(xiàn)象，對(duì)于交警如何準(zhǔn)確檢測(cè)司機(jī)是否酒后駕駛和酒精濃度等已成為一種必然的趨勢(shì)。故隨著科技的發(fā)展，精度和準(zhǔn)確度越來(lái)越高的酒精測(cè)量?jī)x相繼出現(xiàn)。雖然各種各樣的酒精測(cè)量?jī)x精確度越來(lái)越高，功能也越來(lái)越多樣化，但未曾出現(xiàn)可以在測(cè)量司機(jī)酒精濃度的基礎(chǔ)上同時(shí)輸入司機(jī)駕駛證號(hào)和利用身份證芯片本身所帶的信息的方法記錄違法司機(jī)的個(gè)人信息，以便為司法提供確切證據(jù)。

隨著公安部五條禁令的公布，酒精檢測(cè)儀的需求逐漸增加傳統(tǒng)的酒精測(cè)量?jī)x功能單一，僅能滿足有限的測(cè)量功能。而隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，特別是含有內(nèi)部芯片的第二代身份證的普及以及未來(lái)各種證件的信息芯片化，實(shí)現(xiàn)一種當(dāng)查出酒后駕車后，錄入違規(guī)駕駛員身份信息的新型酒精測(cè)量?jī)x是十分必要的。

項(xiàng)目的主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一種新型的酒精測(cè)量?jī)x，可以準(zhǔn)確探測(cè)氣體酒精含量，且不受煙味等非酒精類氣體的干擾。同時(shí)對(duì)查出酒后駕駛的司機(jī)通過(guò)RFID進(jìn)行身份證錄入，還可通過(guò)USB接口將儀器內(nèi)存儲(chǔ)的信息上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)，方便后續(xù)處理。同時(shí)還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)打印作為證據(jù)。

2．項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)的論述

創(chuàng)新點(diǎn)（1）：采用新型氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器進(jìn)行酒精檢測(cè)

采用氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器，這類半導(dǎo)體器件具有氣敏特性，當(dāng)接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加，它對(duì)外呈現(xiàn)的電阻值就降低，半導(dǎo)體型呼氣酒精測(cè)試儀就是利用這個(gè)原理做成的。這種半導(dǎo)體在不同工作溫度時(shí)，對(duì)不同的氣體敏感程度是不同的，因此半導(dǎo)體型呼氣酒精測(cè)試儀中都采用加熱元件，把傳感器加熱到一定的溫度，在該溫度下，該傳感器對(duì)酒精具有最高的敏感度。其主要檢測(cè)原理如下所示：當(dāng)具有N型導(dǎo)電性的氧化物暴露在大氣中時(shí)，會(huì)由于氧氣的吸附而減少其內(nèi)部的電子數(shù)量而使其電阻增大。其后如果大氣中存在某種特定的還原性氣體，它將與吸附的氧氣反應(yīng),從而使氧化物內(nèi)的電子數(shù)增加，導(dǎo)致氧化物電阻減小。半導(dǎo)體-氧化物傳感器就是通過(guò)該阻值的變化來(lái)分析氣體濃度。 

創(chuàng)新點(diǎn)（2）：通過(guò)RFID對(duì)酒后駕車人員進(jìn)行身份錄入

（1）通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）提取二代身份證內(nèi)置芯片個(gè)人信息

 身份證換代后，公民普遍持有二代身份證，二代身份證中內(nèi)置有防偽芯片，隨著RFID技術(shù)的日漸成熟和普遍應(yīng)用，將來(lái)有可能駕駛證或者有關(guān)證件也會(huì)信息芯片化，可以通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）提取證件的個(gè)人信息，以提高交警的辦公效率和降低因?yàn)槭謱懚霈F(xiàn)的錯(cuò)誤，其次其儲(chǔ)存打印功能為日后的糾紛提供司法證據(jù)。

（2）手動(dòng)記錄身份信息

為確保提高系統(tǒng)的可靠性，可手動(dòng)輸入被測(cè)者車牌號(hào)、駕駛證號(hào)及測(cè)試執(zhí)行者編號(hào)；以確保因?yàn)檎`操作導(dǎo)致信息輸入錯(cuò)誤，通過(guò)駕駛證號(hào)和車牌號(hào)以及身份證號(hào)的三重輸入，達(dá)到信息的絕對(duì)準(zhǔn)確性。

考慮到第二代身份證內(nèi)部信息的加密，需要公安局授權(quán)的專門讀模塊SAM才能讀取內(nèi)部信息，所以我們打算使用普通射頻卡來(lái)代替二代身份證，通過(guò)對(duì)射頻卡進(jìn)行事先寫入密鑰以及個(gè)人信息等，來(lái)達(dá)到高度模擬。

創(chuàng)新點(diǎn)（3）：通過(guò)USB端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（1）進(jìn)行酒后駕車記錄上傳

現(xiàn)在對(duì)交通違規(guī)實(shí)行的是累計(jì)積分制度，當(dāng)查出酒后駕車后錄入有關(guān)人員的身份信息后，充分運(yùn)用PIC芯片的USB功能與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)PC機(jī)經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)記錄在交通局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)扣除積分等相應(yīng)功能?；蛘咄ㄟ^(guò)相應(yīng)軟件轉(zhuǎn)換成EXCEL表格方便后續(xù)處理。

（2）通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)系統(tǒng)更新及基本設(shè)置

可以通過(guò)USB進(jìn)行系統(tǒng)更新，增加新的功能選項(xiàng)等。還可以通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)該儀器進(jìn)行初始化或者相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

 創(chuàng)新點(diǎn)（4）：打印身份信息功能部分

打印可分為有線打印以及無(wú)線打印。其中有線打印是通過(guò)串口或者并口的連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集信息的實(shí)時(shí)打印。而無(wú)線打印則通過(guò)無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行打印數(shù)據(jù)的傳輸，另外一端還有一個(gè)8位單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收以及控制打印。打印內(nèi)容包括時(shí)間，測(cè)試濃度，民警執(zhí)勤號(hào)，被測(cè)者身份信息，測(cè)試地點(diǎn)等。[!--empirenews.page--]

關(guān)鍵技術(shù)（1）：不受其他氣體的干擾，準(zhǔn)確酒精濃度的測(cè)量；

關(guān)鍵技術(shù)（2）：通過(guò)RFID進(jìn)行有關(guān)信息寫入。

關(guān)鍵技術(shù)（3）：通過(guò)USB進(jìn)行信息上傳。

關(guān)鍵技術(shù)（4）：無(wú)線傳輸打印測(cè)試信息

3．技術(shù)成熟性和可靠性論述

我們已通過(guò)相關(guān)項(xiàng)目證明上述模塊已經(jīng)熟練使用，像RFID模塊，以及無(wú)線傳輸模塊，之前的項(xiàng)目積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，可以很快移植到PIC32上面，便于實(shí)現(xiàn)上述各種功能。團(tuán)隊(duì)成員均有比較扎實(shí)的嵌入式基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)功底，和信號(hào)處理方面的以及模擬電路專業(yè)知識(shí)，完全有能力保證該項(xiàng)目的順利實(shí)施，最終完成項(xiàng)目。

二、項(xiàng)目實(shí)施方案

1．方案基本功能框圖及模塊實(shí)現(xiàn)功能描述 

（1）酒精檢測(cè)部分

采用可替換的吹管，保證被測(cè)試人的健康衛(wèi)生?？勺杂稍O(shè)定飲酒、醉酒報(bào)警值等信息。儀器報(bào)警時(shí)伴隨有聲報(bào)警信息，屏幕也會(huì)顯示相應(yīng)的提示信息。人飲酒后，酒精通過(guò)消化系統(tǒng)被人體吸收，經(jīng)過(guò)血液循環(huán)，約有90%的酒精通過(guò)肺部呼氣排出，因此測(cè)量呼氣中的酒精含量，就可判斷其醉酒程度。開(kāi)車司機(jī)只要將嘴對(duì)著傳感頭使勁吹氣，儀器就能顯示出酒精的濃度的高低，從而判斷該司機(jī)是否酒后駕車，若出現(xiàn)酒后駕車等情況，交警可通過(guò)對(duì)司機(jī)提交的身份證提取身份信息并輸入到酒精測(cè)量?jī)x里面，作為司機(jī)違反交通規(guī)則的證據(jù)。

2. 身份信息提取部分：與創(chuàng)新點(diǎn)（2）相同

3. 通過(guò)USB端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：與創(chuàng)新點(diǎn)（3）相同

4. 打印身份信息功能部分：與創(chuàng)新點(diǎn)（4）相同

5. 觸摸屏部分

使用電容式觸摸屏，實(shí)現(xiàn)對(duì)各部分的操作以及控制等。通過(guò)人性化的圖形界面，使有關(guān)人員可以很快上手使用?？赏ㄟ^(guò)操作屏幕進(jìn)行各種相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置。具體型號(hào)待正式啟動(dòng)項(xiàng)目后做出決定。通過(guò)觸摸屏進(jìn)行用戶密碼確認(rèn)，分為普通用戶和超級(jí)用戶，普通用戶只能正常操作，超級(jí)用戶可修改酒精顯示位數(shù)，時(shí)間，定制單位，以及酒后駕車及醉酒駕車的警告濃度。

6.電源模塊

考慮到便攜式的特點(diǎn)，應(yīng)使用可充電電池或者鋰電池增加一次性使用時(shí)間，在有直流電源的情況下，可接入直流電源作為主要電源使用及充電。當(dāng)電池電力不足時(shí)，可自動(dòng)閃亮電源燈以及休眠或關(guān)機(jī)等。具體模塊型號(hào)待正式啟動(dòng)項(xiàng)目后做出決定。

2．需要的開(kāi)發(fā)平臺(tái)

所需要的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為PIC USB Starter KIT Ⅱ。由于考慮到要使用USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以選擇該平臺(tái)。

3．方案實(shí)施過(guò)程中需要開(kāi)發(fā)的模塊

本方案將設(shè)計(jì)分為7個(gè)大的模塊，RFID模塊，存儲(chǔ)器模塊，電源模塊，無(wú)線傳輸模塊，打印模塊，觸摸屏模塊，還有傳感器模塊。

其中RFID模塊及無(wú)線模塊利用現(xiàn)有成熟模塊來(lái)完成；電源模塊，觸摸屏模塊及存儲(chǔ)器模塊可以根據(jù)實(shí)際需要做出調(diào)整；傳感器模塊盡可能的使用成熟的方案及傳感器，以節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本；

4．系統(tǒng)最終要達(dá)到的性能指標(biāo)

用PIC USB Starter KIT Ⅱ作為核心設(shè)計(jì)一種基于RFID獲取個(gè)人信息的酒精測(cè)量?jī)x，且不受煙味等非酒精類氣體的干擾，并對(duì)酒后駕車人員進(jìn)行身份錄入方便后續(xù)處理，滿足實(shí)際應(yīng)用的要求.