STM32单片机的酒精浓度探测仪规划

摘要：选用具有ARM Cortex—M3内核的STM32F103VET6单片机与ME3-C2H5OH电化学式气敏元件完结了对酒精浓度的丈量，经过TFTLCD对丈量数据进行显现，并选用语音模块进行语音报警提示，然后完结了对不同浓度酒精的检测和显现。规划的特色在于选用斜率和电压规模两层稳妥来判别酒精浓度，提高了检测的精度，处理了现有酒精传感器康复时间较长的问题，可运用于酒后驾车和其他特别场合的酒精检测。
关键词：酒精探测仪；ME3-C2H5OH；STM32；语音模块；TFTLCD

导言
酒后驾车是导致交通事故的一个重要原因，给人们的日子和生命安全带来巨大的损害。为了避免机动车辆驾驭人员酒后驾车，现场实时对人体呼气中酒精含量的查看已日益受到重视。本体系针对现有酒精传感器康复时间较长的问题，经过核算斜率成功地完结了快速酒精浓度检测，缩短了检测间隔时间，大大提升了酒精检测的功率。

1 酒精浓度探测仪的全体结构
酒精浓度探测仪由单片机、酒精传感器、信号调度电路、语音报警模块、TFTLCD显现模块、通讯模块、功放模块等部分组成，结构框图如图1所示。因为语音报警模块和TFTLCD显现模块关于单片机的处理速度和处理数据量要求高，再加上酒精检测反响速度较快，实时性较高，因而选用了ST公司的STM32系列的单片机作为主控端。ME3-C2H5OH电化学式气敏元件具有功耗低、精度高、灵敏度高、线性规模宽、抗搅扰才能强、重复性优异和安稳性高级长处。

2 硬件规划
2．1 单片机及其外围接口的规划
单片机选用低功耗高速工业级芯片STM32F103VET6。STM32系列依据专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式运用专门规划的ARM Cortex—M3内核，STM32F103为“增强型”系列，时钟频率到达72MHz，具有512 KB ROM、64 KB RAM，一般I／O口为80个，具有8个守时／计数器，3个SPI、2个I2C总线、3个UART、1个USB、1个CAN总线等通讯端口。具有2个I2S音频口、1μs的双12位ADC、4 Mbps的UART、18Mbps的SPI、18 MHz的I／O翻转速度，内部集成优异的安全时钟办法、带唤醒功用的低功耗办法、内部RC振荡器、内嵌复位电路等，彻底满足本酒精浓度探测仪的规划需求。
电源电路选用LM2596作为初级电压转化芯片，用来供给5 V电压给外围模块供电，选用AMS-3．3作为末级电压转化芯片，用来供给3．3 V电压给STM32供电。此芯片的输出电流能够到达1 A，输入电压调理率小于0．2％，负载调理率小于0．4％，输出电压安稳。
看门狗电路选用美国IMP公司出产的体系μP监控芯片IMP706，IMP706能在上电、掉电期间或手动情况下发生复位信号，该器材内含有1个1．6 s的看门狗守时器和4．4 V的电源电压监视器。别的，IMP706还有1个1．25 V门限的电源毛病报警电路，可用于检测电池电压和非5 V的电源。
2．2 酒精传感器
ME3-C2H5OH型酒精传感器依据电化学原理作业，运用待测气体在电解池中作业电极电位上的电化学氧化进程，待测气体电化学反响所发生的电流与其浓度成正比并遵从法拉第规律，经过检测电流的巨细就能够确认待测气体的浓度。ME3-C2H5OH传感器检测处理电路如图2所示。对被测者呼出气体中酒精浓度的反响以采样电阻R1来获取采样电压，经过运放负反馈扩大电路，对采样电压进行扩大。电路中的RT是热电阻，用来抵消温度漂移，确保稳定的扩大系数。扩大后的电压信号送入STM32的ADC中，对经过A／D转化后的数据进行剖析处理，最终核算出酒精浓度的巨细，然后判别被测者是否喝酒。判别成果经过语音芯片进行语音提示，再经过LCD显现浓度值。

图3酒精传感器为灵敏度、呼应康复及输出信号特性图，图4为浓度线性特征曲线图。由图3和图4能够看出，ME3-C2H5OH型电化学元件灵敏度高、呼应速度快、零点漂移较小，并且此元件是线性的。因而，选用这类电化学元件来检测酒精浓度值精度较高，反响较快。

2．3 语音报警模块
XF-S4040-CN中文语音组成芯片，是安徽中科大讯飞信息科技有限公司推出的依据InterSound4．6中文语音组成体系而规划的一款全新的中文语音组成芯片。该芯片能够经过异步串口(UART)及I2C总线接口办法接纳指令和待组成的文本，直接组成为语音输出，首要面向中高端运用领域，供给一套语音组成作用超卓、体积极小的语音处理方案。言语组成模块电路如图5所示。

XF-S4040-CN中文语音组成芯片针对嵌入式运用领域规划，具有组成恣意中文文本及英文字母的才能。该芯片的首要特色是组成语音天然度高，操控接口简略便利，可调理功用强大。其操作指令格局如下所示。

依据串口的操作例程如下：


2．4 功放模块
TDA7266是双路音频立体声扩大器，以MULTI—WATT办法封装，专门为音乐设备和彩色电视机的高质量音频扩大电路而规划。语音报警模块输出的左声道和右声道的语音信号经过电位器进入TDA7266扩大器中，进行语音信号的扩大，电位器用来调理音量巨细，扩大后输出两路音频信号，将这两路别离接到两个扬声器上。

TDA7266功放电路简略，声响作用比较好，因而被广泛运用于高质量的音频扩大上。功放模块电路如图6所示。
2．5 通讯模块
要求通讯间隔为几十米到上千米时，广泛选用RS-485串行总线，RS-485选用平衡发送和差分接纳的组合，因而具有按捺共模搅扰的才能。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200 mV的电压，故传输信号能在千米以外得到康复。RS-485接口总线上答应衔接多达128个收发器，即具有多站才能，这样用户能够运用简略的RS-485接口便利地建立起设备网络。本规划中，正是考虑到酒精浓度探测仪的数据有可能要传回电脑上位机终端，要求传输间隔比较远并且信号失真小，因而挑选RS-485通讯。
2．6 TFTLCD显现模块
酒精浓度探测仪在运用中，需求显现酒精浓度值巨细、报警信息，一起还需求输入酒精浓度报警点预设值，用来设定酒精浓度报警的规模。因而，本规划中选用TFTLCD来显现酒精浓度值，TFTLCD具有接触功用，可用于输入酒精浓度预设值。
TFTLCD选用了26万色的TFTLCD屏幕，分辨率为320×240，能够完结友爱的人机接口界面显现。TFTLCD选用了Ilitek公司出产的ILI9320，它能够经过多种并行通讯办法与单片机通讯。TFTLCD屏幕自带电阻式接触屏，运用压力感应进行操控，选用TI公司出产的ADS7846作为接触屏操控芯片。ADS7846内部集成了12位逐次迫临型A／D转化器，转化频率为125 kHz。运用时，ADS7846经过两次A／D转化得到触点方位的X、Y
坐标，经过SPI总线与STM32通讯，完结操控信息的输入。

3 软件规划
3．1 整体软件规划方案
体系初始化完毕后，首要收集酒精浓度传感器的值，选用do…while()等候传感器初始化，直到最佳状况，不然就一向等候。传感器初始化完结之后，就开端进入循环检测办法，当有人吹气时，可依据斜率的改变规模检测到，然后判别其是否喝酒。当检测到酒精气体时，传感器的电导率将会跟着气体浓度的增大而增大，导致与传感器衔接的分压电阻的电压增大，单片机A／D接口的第7个通道将会收集此电压。当电压值增大到必定程度，即酒精浓度到达设定的值时，就会将标志方位为喝酒状况；假如电压下降，即酒精浓度为零，此刻标志方位为正常状况。依据以上两种不同状况，蜂鸣器、语音模块以及LED指示灯进行不同的报警。单片机不停地进行守时的A／D转化，在转化完毕中止中进行滤波、比较，两次A／D丈量值的差值既是电压的改变率，也便是所需求的斜率值，将此值与之前设定的斜率规模值进行比较，然后也能够判别出被测者是否喝酒。LCD会一向将收集到的值进行滤波和取均值后的值进行动态显现。
3．2 斜率算法规划
斜率算法的规划中首要运用到了单片机的守时A／D转化资源，依据前文所述，需求核算电压改换的斜率，即电压在一守时间内的改变规模，运用守时A／D转化功用可轻易地完结这一需求。

图7为A／D转化中止程序流程图，在主程序中只需依据此中止设置的标志位即可作出相应的操作，比方语音播映的操控、蜂鸣器报警、LED灯的闪耀等。

结语
本文具体介绍了依据STM32的酒精浓度探测仪规划办法。该探测仪具有高精度、高灵敏度、友爱的人机交互、智能化的语音报警、携带便利等长处，可适用于各种需求对人体酒精含量进行检测的场合，特别适用于酒后驾车的检测，具有宽广的运用远景。