酒精測試儀的製作方法
2023-10-07 08:47:34 1
專利名稱：酒精測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及測試儀器技術領域，特別涉及酒精含量測量相關技術。
本實用新型目的通過以下技術方案實現。
一種酒精測試儀，包括殼體部分，氣體拾取部分及檢測、處理、顯示信號的電路部分。所述設於殼體內的氣體拾取部分由電磁抽氣裝置及壓力檢測裝置組成，在殼體中設有一與外界相通的導管，殼體中導管壁上設有旁路管及轉輪孔。旁路管上設有燒料電池傳感器及使導管中氣體通過燒料電池的電磁抽氣閥。轉輪處設有可測導管內氣體壓力的氣流轉輪及光電發射接收管。酒精測試儀所述電路部分包括單片機、燃料電池傳感器電路、吹氣壓力檢測電路、液晶驅動顯示電路、存貯電路、信號輸出電路、移動通信網絡接口電路及指令控制電路。燃料電池傳感器電路的傳感器信號輸出端經運算放大器及模數轉換電路與單片機信號輸入腳相接。吹氣壓力檢測電路中，壓力檢測器的輸出與單片機的脈衝檢測輸入端相接。存貯電路接單片機的數據口，液晶驅動顯示電路中LCD顯示屏通過LCD驅動電路與單片機相接。信號輸出電路包括列印接口及報警電路，分別接單片機的輸出腳，移動通信接口電路接單片機的串行通信埠，指令控制電路包括數字鍵盤和控制按鍵，分別按單片機的相關輸入腳。為使測試精度不隨溫度變化而降低，酒精測試儀電路部分還包括溫度傳感器電路，溫度傳感器的輸出經信號放大電路及模數轉換電路與單片機的信號輸入腳相接。為了具有中文顯示功能，所述電路部分包括中文字庫存貯電路，存貯電路與單片機的數據腳相接，功能齊全。
本實用新型技術進步在於，採用燃料電池酒精傳感器為檢測元件，結合數字檢測技術和數字通信技術，使得本測試儀結構簡單，使用方便，測試準確。
圖1為本實用新型立體結構局部示意圖；圖2為本實用新型電路方框圖；圖3為本實用新型抽氣閥和轉輪壓力檢測機構原理示意圖；圖4為本實用新型主控及接口電路原理圖；圖5為本實用新型顯示驅動電路原理圖；圖6為本實用新型電源電路原理圖；圖7為本實用新型測試及電磁抽氣閥驅動電路原理圖；圖8為本實用新型控制軟體流程原理圖。
一個燃料電池酒精傳感器及其有關的信號放大器和模數轉換器，一個單片微型計算機(單片機)及控制軟體，一個電磁抽氣閥，一個溫度傳感器及其有關的溫度信號放大器和模數轉換器，一個吹氣壓力檢測裝置，一個電池電量檢測電路，一個液晶顯示屏和液晶驅動器，一個聲音報警裝置，一個EEPROM儲存器，一個漢字字庫，一個印表機接口，一個數字鍵盤和另外四個按鍵，一個移動通信網絡接口共同組成的完整系統。見圖2系統結構方框圖。下面對其主要部分和本專利特色部分加以簡要說明。
單片機是本機的心臟，它從人機接口接受操作者的各項指令，按照預定的程序執行指令，檢測各類信號和處理數據，把結果報告給操作者。單片機的中央處理器在系統軟體的控制下工作，軟體存儲在單片機內部的ROM中。
燃料電池酒精傳感器是本機最重要的元件，當被測者的呼氣進入它的燃燒室，會輸出大小與呼氣酒精濃度成正比的電信號。燃料電池酒精傳感器是各類酒精傳感器中性能最穩定的，並有良好的線性度。
電磁抽氣閥的作用是保證送到傳感器的氣體完全是被測者呼出的氣體，在測試前完全排除上次測試殘留的氣體。進入傳感器燃燒室內部的氣體在檢測時間內應該是相對不流動的，以保證檢測精度。抽氣閥在CPU控制下工作，它的作用是把被測者呼出的氣體通過吹氣通路中的一個小孔抽到燃料電池的燃燒室。為了進一步提高檢測精度，抽氣閥最好有一個單向排氣孔。在抽氣時，氣體只能從吹氣通路中的小孔通過燃料電池的燃燒室進入抽氣閥，在抽氣閥復位時，抽氣閥中的氣體大部分從單向排氣孔排出。見圖3。
溫度傳感器的作用是檢測當時的環境溫度，作為溫度補償的根據，以補償酒精傳感器的輸出受環境溫度影響而造成的誤差，從而保證對酒精濃度的檢測具有更高的準確性。
吹氣壓力檢測裝置的作用是檢測吹氣壓力。當酒精測試儀在對被測者進行檢測時，要求時刻對被測者的吹氣壓力進行監測，當吹氣壓力不足時，機器必須提醒被測者加大吹氣壓力。當開始檢測後的十幾秒鐘一直沒有檢測到吹氣壓力時，必須提醒操作人員，以確定是否是被測者拒絕檢測。本機採用轉輪結構對吹氣壓力進行檢測。在吹氣通路後端下側安裝了一個轉輪，轉輪外側有若干個迎風小翼，轉輪上部約四分之一暴露在吹氣通路中。被測者吹氣時，迎風小翼受到壓力而使轉輪發生旋轉，其速度隨吹氣壓力的加大而加快，見圖3。一對安置在轉輪二側的紅外線發光管和接收管(光電對管)用來檢測轉輪的旋轉速度。在轉輪旋轉時，光路不時被轉輪翼片阻斷而時通時斷，接收管就有脈衝輸出，其頻率與轉輪的轉速成正比。單片機檢測此脈衝頻率來確定吹氣壓力。
液晶顯示屏和液晶驅動器用來顯示信息。為了顯示足夠的中文提示信息，需使用能夠顯示二行15*16點陣漢字的液晶顯示屏，CPU通過液晶驅動器控制其工作。
EEPROM儲存器中儲存了各種校準所需要的數據和設定的數據，這些數據可以由CPU重寫，斷電後這些數據不會丟失。EEPROM中還儲存每次測試的記錄，這些記錄可以通過記錄備份操作備份到電腦中去。
漢字字庫中儲存了GB-2312一、二二級字庫所有漢字的點陣，它向CPU提供所需顯示的漢字點陣。
印表機接口提供CPU與印表機的接口。這使得可以把測試結果當場列印出來。
移動通信網絡接口可以使酒精測試儀與移動通信網絡相連，從而使酒精測試儀通過移動通信網絡與市交通監控中心的電腦進行通信。中心電腦也必須具有與相應的移動通信網絡連接的接口，並具有與此相配合的控制軟體。酒精測試儀聯網以後，整體的管理和控制處理功能大大提高，可以完成許多過去單個酒精測試儀無法完成的工作，如直接把每次檢測的記錄儲存在中心控制電腦內，可以根據被測者的駕駛證號從市交通管理中心的相關資料庫中獲得其姓名、性別和年齡等個人資料，也可以從中心控制電腦中獲得被測者最近一段時間內(如一個月，三個月，六個月)有多少次酒後駕駛記錄，來決定不同的處罰，等等。所連接的移動通信網絡可以是GSM網絡、CDMA網絡或者專用集群通信網絡，也可以用GPRS(通用無線分組業務)平臺。
本機還配有數字鍵盤。數字鍵盤在需要輸入數字時使用，如需要輸入被測者的駕駛證號和操作執行者的編號時。
具體實例如電路圖見4、5、6、7，下面結合圖2對電路加以說明。圖2中的單片機採用美國Microchip公司的PIC18F452(U101)。在圖2中的燃料電池酒精傳感器，放大器和模數變換器由S401，R401，A401A，R402，R403，R404，C401，U401，R405，D401，R406，C402組成(圖7)。酒精傳感器S401的輸出經過運算放大器A401A放大後，送到模數轉換器U401轉換成12位數位訊號送到單片機加以處理。單片機通過CS_ADC和SCLK二個端點控制U401的工作，U401的輸出在SDI送給單片機。圖2中溫度傳感受器採用LM35，其放大器由A101，R116，R117，R115，C108和單片機內部的10位模數轉換器組成(圖4)。運算放大器A402、Q401、Q402和R408、C404、R409、R410、D402、R411、R412組成圖2的電磁抽氣閥控制電路，PUMP即為電磁抽氣閥的電磁線圈(圖7)。當A402的正輸入端PUMP為高電位時，電磁抽氣閥吸動。壓力檢測器由D403、Q404、R414、R415組成，Q404的輸出PRESS送到單片機以檢測吹氣壓力，轉輪轉速愈高，其輸出脈衝頻率愈高。聲音報警器由Q403、R413、B401組成。當單片機輸出端BUZZER為高電平時，Q403導通，B401發出蜂鳴聲。液晶驅動器和液晶顯示屏由LCD驅動模組EM0861與C201、C202、C203、C204、C205、VR201、R202、R203、C206、C207、C208和一個132*32點陣液晶顯示屏組成，(圖5)，單片機通過SD1、CS_LCD、SDO、SCL、RESET五信號控制它的工作。數字鍵盤和四個操作按鍵由4*4鍵盤矩陣和R111、R112、R113、R114(附圖4)組成。附圖中的EEPROM由外接的EEPROM x25640(U102)和單片機內部的EEPROM組成。U102用來存儲測試記錄，校準和設定的全部數據存儲在單片機內部的EEPROM中。漢字字庫存放在FLASH ROMSST25VF020(U103)中。本機的移動通信網絡接口採用一個異步串行接口與無線數傳終端的異步串行接口相連接，從而通過無線數傳終端與GSM網絡連接。本機所連接的移動數傳終端是深圳宏電技術開發公司出品的H7112 GPRS DTU，它通過建立在GSM網絡基礎上的GPRS平臺，再通過DDN或ADSL與中心電腦相連。單片機PIC18F452具有一個內置的USART接口，而本機需要二個異步串行接口，一個接印表機，一個作為移動通信網絡接口。因為印表機和網絡通信不會同時使用，故可以採用一個MAX4616(U105)來復用單片機的USART接口。MAX4616的控制電壓接單片機的21腳，當此信號為高時，USART用作印表機接口，反之則用作移動通信網絡接口。MAX3232(U104)是印表機適配器。JP1通過電纜接印表機，JP2通過電纜接移動數傳終端H7112(圖4)。電壓調整器由U301、C301、U302、Q301、Q302、R303、R302、R301、R304、C304、C302、U303、Q303、Q304、R307、R306、R305、R308、C305、C303組成(圖6)。本機的電源比較複雜，因為需要有機內時鐘，即使在關機時單片機也要保證低功耗工作，所以單片機電源Vcc直接從電池經過電源調整器U301取得。為了保證足夠的測量精度，A401和U401必須單獨供電(V-TEST)。其它部分所需要的電源由V_COM提供。VC_OM和V_TEST都受單片機控制，當TEST_PWR為高電位時，V_TEST有輸出。當COM_PER為高電位時，V_COM有輸出。電池電壓檢測裝置由R118，R120和單片機內部的10位模數變換器組成。電池電壓經電阻分壓後，送到單片機的Pin10。單片機的Pin9和Pin10都可以接受模擬電壓輸入，單片機的軟體可以選擇把其中任何一個送到其內部的模數變換器。圖8是控制酒精測試過程的軟體流程圖。如果檢測不到吹氣壓力，提示增加吹氣壓力，再檢測。如果提示了五次，仍然檢測不到吹氣壓力，操作人員作為被測者拒絕測試處理。在流程全部完成後，用聲音和屏幕提醒操作人員關機，直到操作人員關機為止。這是因為燃料電池在不進行測量時必須把它短路，以保證其性能和壽命。
權利要求1.一種酒精測試儀，包括殼體部分，氣體拾取部分及檢測、處理、顯示信號的電路部分，其特徵在於所述設於殼體內的氣體拾取部分由電磁抽氣裝置及壓力檢測裝置組成，在殼體中設有一與殼體外界相通的導管，殼體中導管壁上設有旁路管及轉輪孔；旁路管上設有燃料電池傳感器及使導管中氣體通過燒料電池的電磁抽氣閥；轉輪處設有可測導管內氣體壓力的氣體轉輪及光電發射接收管。
2.根據權利要求1所述的酒精測試儀，其特徵在於所述電路部分包括單片機、燃料電池傳感器電路、吹氣壓力檢測電路、液晶驅動顯示電路、存貯電路、信號輸出電路、移動通信網絡接口電路及指令控制電路；燃料電池傳感器電路的傳感器信號輸出端經運算放大器及模數轉換電路與單片機信號輸入腳相接；吹氣壓力檢測電路中，壓力檢測器的輸出與單片機的脈衝檢測輸入端相接，存貯電路接單片機的數據口，液晶驅動顯示電路中LCD顯示屏通過LCD驅動電路與單片機相接，信號輸出電路包括列印接口電路，報警電路，分別接單片機的輸出腳，指令控制電路包括數字鍵盤和控制按鍵，分別接單片機的控制腳。
3.根據權利要求1所述的酒精測試儀，其特徵在於所述電路中包括與單片機相連的，可以與外接的移動數字傳輸終端機相連的移動通信網絡接口。
4.根據權利要求2所述的酒精測試儀，其特徵在於所述電路部分，還包括溫度傳感器電路，溫度傳感器的輸出經信號放大電路及模數轉換電路與單片機的信號輸入腳相接。
5.根據權利要求2或3所述的酒精測試儀，其特徵在於所述電路部分包括漢字存貯電路，與單片機的數據腳相接。
專利摘要一種酒精測試儀，涉及酒精含量測量技術，本測試儀包括殼體部分，氣體拾取部分及檢測、處理、顯示信號的電路部分，在殼體內的氣體拾取部分由電磁抽氣裝置及壓力檢測裝置組成，在殼體中設有一與殼體外界相通的導管，導管壁上設有旁路管及轉輪孔，旁路管上設有燃料電池傳感器及使導管中氣體通過燃料電池的電磁抽氣閥。轉輪處設有可測導管內氣體壓力的氣體轉輪及光電發射、接收管。本機裝有印表機接口和移動通信網絡接口，面板上裝有數字鍵盤。本技術結構簡單，測試精度高，功能齊全，使用方便。
文檔編號G01N27/14GK2585239SQ0225056
公開日2003年11月5日 申請日期2002年12月19日 優先權日2002年12月19日
發明者陳守譽, 陳祖浩, 陳野 申請人:深圳市威爾電器有限公司