基于GPRS的智能酒精浓度检测仪设计与应用

卓郑安，朱文立，黄 敏

（上海工程技术大学电子电气工程学院，上海 201620）

酒驾的最佳判断方法是检查驾驶员血液中的酒精浓度，但现场抽血往往做不到，而事后血检又增加执法时间。简单可行的是检测驾驶员呼气中酒精浓度［1］。一般是先确定酒驾并登记身份信息，再到相关部门查询验证。信息检测或保存若不及时易产生纠纷。

酒驾者的检测装置存在不足:有的是在测试仪主体中安装多个吹气压力或气流感应器，主要检测被测者是否在吹气；有的报警装置安装在汽车表盘内，而酒精测试仪安装在汽车点火开关一侧，要求驾驶者呼气启动汽车，而开启汽车的各项酒精含量指标模糊［2］；有的检测仪仅用在酒厂和食品工厂发酵监控等场所［3］。

基于GPRS通信网络的智能呼气酒精浓度检测仪，通过GPRS通信网络与远程主机交互各类数据，无线查询和验证酒驾人身份并实时保存信息，使现场执法更合理公正。装置结构简单、低功耗、易携带，具有较好的应用前景［4］。

1 系统总体设计

基于GPRS通信网络的智能呼气酒精浓度检测系统总体设计框图见图1。系统组成模块有:数据采集模块（气体酒精传感器、键盘）［5］；微处理器控制模块（GPRS无线网络模块等）；上位机控制模块（监测中心接收到系统通过GPRS通信模块上传的数据，同时也向各分中心发送相应指令）；辅助模块（电源模块、蜂鸣器、数据显示器等）。系统主要功能是气体酒精传感器的数据采集和GPRS传输协议的实现。

2 主控电路设计

主控电路中MSP430F149型单片机是控制核心，它将酒精传感器［6］、键盘、蜂鸣器与显示器、GPRS模块等关联在一起。主控电路框图如图2所示［7］。

图1 系统总体设计框图

图2 主控电路框图

根据国家质量监督检验检疫总局发布并实施的《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验标准GB19522—2004》，血液中酒精质量浓度为0.2g／L时，对应的呼气酒精质量浓度为0.909μg／L，是饮酒驾车的临界值；血液中酒精质量浓度为0.8g／L时，对应的呼气酒精质量浓度为363.6μg／L，是醉酒驾车的临界值［8］。半导体型酒精测试仪价格低廉，常用在自我检测、一般定性检测方面［9］。呼气酒精浓度检测器仪作为强制检定计量器具，由法定计量技术机构执行检定［10］。

2.1 数据采集与处理

首先，气体酒精传感器MQ303B 采集信号，通过LM358电压跟随器对传感器和后级电路隔离，而电压跟随器输出端接单片机A0通道，由其内部的12位模数转换器进行AD 转换。其次，采样电压值经过数字均值滤波和限幅滤波后保存在相应数组中。单片机运用查表法，按保存在其内部的国标GB19522—2004方法，将气体酒精浓度换算成血液酒精浓度并在显示器上显示。将采集的信号和阈值比较后，若检测到酒驾（醉驾）时报警器鸣叫，显示器提示交警输入机动车驾驶证号或个人身份证号。最后，单片机将所有数据打包，通过GPRS无线通信网络上传到监测中心保存。

主控电路显示器可以显示GPRS网络信息、呼气者酒精浓度值和键盘输入的机动车驾驶证号或身份证号。

2.2 数据无线传输

GPRS无线网络通信过程需要采用TCP 或UDP方式进行数据传输，因此，选择内嵌TCP／IP协议栈的GPRS模块的SIM300，插入SIM 卡后就能进行GPRS通信。GPRS模块SIM300接线图如图3所示。

GPRS模块SIM300 要用锂电池、镍氢电池或其他外部直流电源供电，电压范围为3.3～4.6V，至少要具有2A 峰值电流输出能力。因此，电源模块采用MIC29302，该电源模块输出工作电压为4V，瞬时电流3A。电源模块MIC29302接线图见图4。

图3 GPRS模块SIM300接线图

图4 模块MIC29302接线图

单片机命令GPRS模块SIM300经GPRS无线网络发送数据到远程主机。用AT 指令集（一种控制通信模块动作的标准化指令）编程。通过硬件连接，用单片机串口收发数据。单片机控制模块通过RS232串行接口传递AT 指令。初始化GPRS模块，使之附着在GPRS网络上，通过拨号建立PPP 连接，获取网络运营商ISP动态分配给移动终端的IP地址，并与服务器的固定IP 地址之间建立Socket链接；一旦链接成功，移动终端可以通过GPRS网络向上位机收发数据或指令。单片机控制模块接线图如图5所示。

3 软件设计

GPRS（general packet radio service）是通用分组无线服务技术的简称，是GSM 移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS 以封包（packet）方式传输，传输速率可提升至56Kbit／s，甚至114Kbit／s［11］。

图5 单片机控制模块接线图

3.1 单片机编程软件设计

基于GPRS通信网络的智能酒精浓度检测仪中单片机编程软件，用于对酒驾者信息的快速处理和管理。单片机编程软件客户端用单片机C 语言编写，在TI MSP430F149单片机上执行；开发软件是IAR，软件环境是具有Windows操作系统。单片机编程软件程序流程图如图6所示。

单片机编程软件主要功能和技术特点:通过SIM300与主机连接；当检测到酒驾后，及时将信息由键盘发送到主机；显示器背光可方便地通过键盘开或闭。

3.2 上位机编程软件设计

检测仪监控中心的上位机编程软件客户端是在微软的.NET Framework平台下开发的典型C／S架构，即客户端与服务器交互的程序［12］；实现语言C＃（C Sharp）是微软（Microsoft）为.NET Framework 量身订做的程序语言；开发软件是Microsoft Visual Studio 2010。软件运行于.NET Framework2.0 上，通过文本文档保存测试仪终端传送的酒驾者信息。软件环境具有Windows操作系统，版本至少为Windows XP。上位机编程软件程序流程图如图7所示。

图6 单片机编程软件程序流程图

上位机从物理网卡接收到SIM300 发来的数据后，将数据发送至软件文本框，并在电脑显示屏上显示接收到的驾驶证号或身份证号、折算后被检测者的血液酒精浓度值，以及交警正在处理的时间等。一旦有新数据接收，就自动将TXT 文件存档。

图7 上位机编程软件程序流程图

上位机编程软件主要功能和技术特点:界面登录信息不完整时窗口会提醒；文本框内容发生变化时自动更新并保存信息；为保存数据设有导出日志键；有新信息时自动读取计算机时间；显示本机IP 信息，可设置端口号；显示已连接主机的GPRS模块IP地址。图8为监控中心上位机软件界面图之一。

4 结论

（1）实现了对机动车酒驾或醉驾者的实时监测与及时处置。

（2）无线通信系统解决了架线困难、抗干扰性能差、传感器可扩展性差和成本高等问题。随着GPRS网络的不断改善和通信费用进一步降低，GPRS无线通信链路将有更广阔的应用前景。

图8 监控中心上位机软件界面图

（3）上位机软件实现了数据库存取、显示实时数据变化、超标智能报警，提高了工作效率。

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