基于MSP430F149的酒精浓度检测仪的设计

　　1 引言

　　近年来, 随着交通事业的发展, 人民生活的提高,私家车的占有率直线上升,各式各样的的汽车已经成为人们的代步工具。与此同时,酒后驾车的司机越来越多,造成不少意外伤亡。根据交通部门不完全统计,每年因酒后驾车造成的人身伤亡事故数已万计,由此也造成了巨大的经济损失。为了方便快捷地判定交通事故的性质和原因,是否为酒后驾车造成的事故,应检测肇事者呼出气体的酒精浓度。为此,针对目前状况,本文设计了以性能优越的低功耗单片机 MSP430F149和专用燃料电池酒精传感器为核心的酒精浓度检测仪。该仪器经过整机软、硬件的精心设计,具有体积小、使用方便、灵敏度高,抗干扰强,准确性高等特点。而且可以用在需要控制人体酒精饮用以确保安全的任何场合中。

　　2 系统的原理与结构

　　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。大量的统计研究结果表明,如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟以上, 这时呼出的气就是从肺部深处出来的气体。呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量有如下关系:BAC(mg/L)=BrAC(mg/L)*2200, BAC(blood alco-hol concentration)为血液酒精浓度,BrAC(breath al-cohol concentration)为呼气酒精浓度,二者具有固定的比例关系。mg/L 是物理单位,为毫克每升。该检测仪正是在这个关系上进行了数值理论计算。

　　本文研究的是一种以单片机MSP430 和燃料电池酒精传感器为主,由数据采集放大、电源管理、实时时钟、打印、人机交互(包括液晶显示、按键及声光报警)等模块组成。结构框图见图 1。

     　该仪器监测空气酒精浓度时,由于燃料电池酒精传感器转换率受温度影响,为了使测量的精度达到最高,误差最小,需要在 2V 电压下预热 10s。,当燃料电池酒精传感器感应到酒精蒸汽时就输出微小的电压信号(mV级),然后通过精密仪表放大器INA126 进行放大后被单片机 MSP430 内部集成中的 12 位 A/D 转换器采样,采样后的数字信号经单片机处理比较,找出稳定后的浓度值,该值存储到数据存储器后, 送数据输出口由 MG-1223 液晶显示器显示。并且该浓度值与用户预先设定的阀值(根据不同的环境设定不同的阀值)进行比较,判断是否需要报警,如若超出阀值进行声光报警。在液晶显示屏上显示出该值和检测的日历、时间,以及是否出超出阀值。显示的内容最终打印,由酒后驾车人员签字确认。在电源方面中,由于电路中传感器模块和控制器模块的供电电压不一致,市场上的高输出电压、高容量电池体积与设计要求相比又太大,因此,本文采用小体积的高容量电压的可充电 1.2V 镍氢电池作为系统的总供电电源,再用 DC-DC 升压器将电池电压升到各模块所需的供电电压,可以较好地降低了仪器的功耗。