STM32單片機在酒精探測儀的應(yīng)用

酒精濃度探測儀由單片機、酒精傳感器、信號調(diào)理電路、語音報警模塊、TFTLCD顯示模塊、通信模塊、功放模塊等部分組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。由于語音報警模塊和TFTLCD顯示模塊對于單片機的處理速度和處理數(shù)據(jù)量要求高，再加上酒精檢測反應(yīng)速度較快，實時性較高，因此采用了ST公司的STM32系列的單片機作為主控端。ME3-C2H5OH電化學(xué)式氣敏元件具有功耗低、精度高、靈敏度高、線性范圍寬、抗干擾能力強、重復(fù)性優(yōu)異和穩(wěn)定性高等優(yōu)點。

單片機采用低功耗高速工業(yè)級芯片STM32F103VET6。STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex—M3內(nèi)核，STM32F103為“增強型”系列，時鐘頻率達(dá)到72MHz，具有512 KB ROM、64 KB RAM，普通I／O口為80個，具有8個定時／計數(shù)器，3個SPI、2個I2C總線、3個UART、1個USB、1個CAN總線等通信端口。具有2個I2S音頻口、1μs的雙12位ADC、4 Mbps的UART、18Mbps的SPI、18 MHz的I／O翻轉(zhuǎn)速度，內(nèi)部集成優(yōu)異的安全時鐘模式、帶喚醒功能的低功耗模式、內(nèi)部RC振蕩器、內(nèi)嵌復(fù)位電路等，完全滿足本酒精濃度探測儀的設(shè)計需求。

電源電路采用LM2596作為初級電壓轉(zhuǎn)換芯片，用來提供5 V電壓給外圍模塊供電，采用AMS-3．3作為末級電壓轉(zhuǎn)換芯片，用來提供3．3 V電壓給STM32供電。此芯片的輸出電流可以達(dá)到1 A，輸入電壓調(diào)節(jié)率小于0．2％，負(fù)載調(diào)節(jié)率小于0．4％，輸出電壓穩(wěn)定。

看門狗電路采用美國IMP公司生產(chǎn)的系統(tǒng)μP監(jiān)控芯片IMP706，IMP706能在上電、掉電期間或手動情況下產(chǎn)生復(fù)位信號，該器件內(nèi)含有1個1．6 s的看門狗定時器和4．4 V的電源電壓監(jiān)視器。另外，IMP706還有1個1．25 V門限的電源故障報警電路，可用于檢測電池電壓和非5 V的電源。

ME3-C2H5OH型酒精傳感器根據(jù)電化學(xué)原理工作，利用待測氣體在電解池中工作電極電位上的電化學(xué)氧化過程，待測氣體電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流與其濃度成正比并遵循法拉第定律，通過檢測電流的大小就可以確定待測氣體的濃度。對被測者呼出氣體中酒精濃度的反應(yīng)以采樣電阻R1來獲取采樣電壓，通過運放負(fù)反饋放大電路，對采樣電壓進(jìn)行放大。電路中的RT是熱電阻，用來抵消溫度漂移，保證恒定的放大系數(shù)。放大后的電壓信號送入STM32的ADC中，對經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后計算出酒精濃度的大小，從而判斷被測者是否飲酒。判斷結(jié)果通過語音芯片進(jìn)行語音提示，再通過LCD顯示濃度值。

ME3-C2H5OH型電化學(xué)元件靈敏度高、響應(yīng)速度快、零點漂移較小，而且此元件是線性的。因此，采用這類電化學(xué)元件來檢測酒精濃度值精度較高，反應(yīng)較快。

XF-S4040-CN中文語音合成芯片，是安徽中科大訊飛信息科技有限公司推出的基于InterSound4．6中文語音合成系統(tǒng)而設(shè)計的一款全新的中文語音合成芯片。該芯片可以通過異步串口(UART)及I2C總線接口方式接收命令和待合成的文本，直接合成為語音輸出，主要面向中高端應(yīng)用領(lǐng)域，提供一套語音合成效果出色、體積極小的語音解決方案。

XF-S4040-CN中文語音合成芯片針對嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計，具有合成任意中文文本及英文字母的能力。該芯片的主要特點是合成語音自然度高，控制接口簡單方便，可調(diào)節(jié)功能強大。