專利名稱：帶有無線打印功能的酒精測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及氣體測試儀器，尤其是含有酒精氣體的測試儀器。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，公路上行駛的車輛大量增加，酒后駕駛造成的交通事故頻頻發(fā)生。公安部門也在不斷強化查處酒后駕駛的力度，以減少由酒后駕駛造成的惡性交通事故。作為違章處罰的依據(jù)，交通民警在對酒后駕駛者進行檢測后，一般都要求能立即把檢測結(jié)果以書面形式通知被測者。而目前供交警使用的呼出氣體酒精含量探測器中，只有少數(shù)進口的品牌帶有配套的打印機，可以立即把檢測結(jié)果打印出來。當(dāng)需要打印時，必須把酒精測試儀和打印機用電纜連接起來，或者用紅外線連接以后才能打印。用電纜連接每次都要接上電纜，電纜經(jīng)過多次插、拔連接，往往會產(chǎn)生接觸不良或電纜內(nèi)部斷線的現(xiàn)象，給使用帶來不便。用紅外線連接又有方向性，使用時都有不方便之處。如果打印機沒有帶在身上而放在警車里，就更增加了不少麻煩。
本實用新型的目的在于提供一種采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在10米之內(nèi)無須電纜連接，即可將執(zhí)勤交警對被測者呼出氣體的酒精含量檢測后的結(jié)果，脫機打印出來的帶有無線打印功能的酒精測試儀。

發(fā)明內(nèi)容
它包括酒精測試儀主機和配套的小型打印機；酒精測試儀主機和配套的小型打印機之間采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進行連接。
酒精測試儀主機的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(qū)動顯示電路、數(shù)據(jù)存貯電路、音響指示電路、指令控制電路以及特有的無線數(shù)傳收、發(fā)電路。燃料電池傳感器電路的傳感器信號輸出經(jīng)運算放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)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沖檢測輸入端相接。存貯電路接單片機的數(shù)據(jù)口。液晶驅(qū)動顯示電路中LCD顯示屏通過LCD驅(qū)動電路與單片機相接。音響指示電路與單片機的一個輸出腳連接。指令控制電路包括數(shù)字鍵盤和控制按鍵，分別接單片機的控制腳。無線數(shù)傳收、發(fā)電路的收、發(fā)信號端分別與單片機的串行數(shù)據(jù)輸入、輸出端連接，無線數(shù)傳收、發(fā)電路的控制端分別與單片機的輸出腳連接。
所述配套的小型打印機也設(shè)有與酒精測試儀主機中的無線數(shù)傳收、發(fā)電路相對應(yīng)的無線數(shù)傳收、發(fā)電路。無線數(shù)傳收、發(fā)電路的收、發(fā)信號端分別與單片機的串行數(shù)據(jù)輸入、輸出端連接，無線數(shù)傳收、發(fā)電路的控制端分別與單片機的輸出腳連接。
配套的小型打印機中的單片機可以是獨立的，也可以與打印機驅(qū)動電路中的CPU合用。如果是獨立的，單片機還要與打印機數(shù)據(jù)接口相連。
本實用新型采用無線數(shù)字通信技術(shù)連接打印機，從而在使用上帶來了很大的方便，提高了工作效率。


附圖1為本實用新型主機電路方框圖；
附圖2為本實用新型主機的主控單片機及接口電路原理圖；附圖3為本實用新型主機的燃料電池傳感器放大器和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路原理圖；附圖4為本實用新型主機的電源電路原理圖；附圖5為本實用新型主機的LCD顯示屏的背光控制電路原理圖；附圖6為本實用新型主機的抽氣閥控制電路、抽氣壓力檢測電路和鍵盤背光控制電路原理圖；附圖7為本實用新型主機的LCD驅(qū)動電路原理圖；附圖8為本實用新型主機的無線數(shù)傳電路原理圖；附圖9為本實用新型打印機端無線數(shù)傳電路原理圖；附圖10為本實用新型常規(guī)檢測模塊軟件流程圖；附圖11為本實用新型打印機控制模塊軟件流程圖。
實施方式在酒精測試儀中增加一塊小巧的無線通信電路板。由于使用時酒精測試儀和打印機通常的距離只有十米左右，10dbm的發(fā)射功率超小型天線足可完成通信任務(wù)。工作頻率原則上在幾百兆赫茲以上都可，一般可以采用ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻段433MHz頻率或者2.4GHz頻段，這些頻率在10dbm以下功率發(fā)射不需要報請批準。無線通信電路在酒精測試儀單片機的控制下工作，其數(shù)據(jù)輸入和輸出端分別與單片機的串行通信輸出和輸入端連接。在打印機一邊也須增加無線通信電路。如果重新設(shè)計打印機的軟件和硬件，無線電路板可以與打印機的控制電路做在一起，并且合用一個單片機。如果使用現(xiàn)成的打印機，就需要增加一塊無線通信電路板，電路板內(nèi)有自己的單片機來控制無線通信電路工作，其作用是把酒精測試儀中無線電路發(fā)來的數(shù)據(jù)接收下來，經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)換為打印機所需要的數(shù)據(jù)格式，并從RS-232端口送給打印機。
由于無線通信容易受干擾，而且工作現(xiàn)場也往往有二對以上的酒精測試儀和打印機在進行工作。為此，必須設(shè)計一個具有抗干擾能力的通信規(guī)約，并且有一對一尋址機理，以及具有應(yīng)答和超時重發(fā)功能(又稱為“反饋重發(fā)糾錯”，ARQ。)即每發(fā)一個數(shù)據(jù)幀，對方收到后先進行校驗，如果沒有數(shù)據(jù)傳輸錯誤，再檢查是否是發(fā)給自己的，如是的，發(fā)回一個表示準確收到該數(shù)據(jù)幀的應(yīng)答信號。發(fā)方在發(fā)出一個數(shù)據(jù)幀后即啟動一個定時器，如果在約定時間內(nèi)沒有收到應(yīng)答信號，再重發(fā)一次該數(shù)據(jù)幀。
主機的方框圖見圖1。其中酒精傳感器既可以使用燃料電池型的，也可以采用半導(dǎo)體的(圖1中采用的是燃料電池型)。氣體通路根據(jù)所采用的酒精傳感器不同而設(shè)計，但在氣體通路內(nèi)部必須有一個壓力檢測裝置，以檢查被測者呼氣的壓力是否達到要求。一個單片微型計算機(單片機)控制整機的工作，酒精傳感器輸出的微弱信號經(jīng)過有關(guān)的信號放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器送到單片機進行處理。機內(nèi)還有一個溫度傳感器及其有關(guān)的溫度信號放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個電池電量檢測電路，一個液晶顯示屏和液晶驅(qū)動器，一個聲音報警裝置，一個EEPROM儲存器，一個漢字字庫(如果要求顯示漢字)，一個數(shù)字鍵盤和另外若干按鍵(根據(jù)設(shè)計的性能要求而定)，一個無線數(shù)據(jù)收發(fā)器。以上這些部分共同組成完整的主機整體。整個系統(tǒng)除酒精測試儀主機外，還有一個打印機，打印機內(nèi)也有一個在單片機控制下工作的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器。本專利的關(guān)鍵是采用無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)連接酒精測試儀和它的配套打印機，原則上可以應(yīng)用于任何類型的酒精測試儀。下面結(jié)合本公司生產(chǎn)的燃料電池酒精測試儀的主要部分配合本專利核心部分加以簡要說明。
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(yù)定的程序執(zhí)行指令，檢測各類信號和處理數(shù)據(jù)，把結(jié)果報告給操作者。單片機的中央處理器在系統(tǒng)軟件的控制下工作，軟件存儲在單片機內(nèi)部的ROM中。
燃料電池酒精傳感器是本機最重要的元件，當(dāng)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(wěn)定的，并有良好的線性度。
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，進入傳感器燃燒室內(nèi)部的氣體在檢測時間內(nèi)應(yīng)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。測試完成后把氣體排出，并準備抽取下一次測試所須分析的氣體。
溫度傳感器的作用是檢測當(dāng)時傳感器的溫度，作為溫度補償?shù)母鶕?jù)，以補償酒精傳感器的輸出受工作溫度影響而造成的誤差，從而保證對酒精濃度的檢測不受環(huán)境溫度的影響。
吹氣壓力檢測裝置的作用是檢測吹氣壓力。當(dāng)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(jiān)測，當(dāng)吹氣壓力不足時，機器必須提醒被測者加大吹氣壓力。當(dāng)開始檢測后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。吹氣壓力檢測裝置的輸出送到單片機的數(shù)據(jù)輸入端。
液晶顯示屏和液晶驅(qū)動器用來顯示信息。為了顯示足夠的中文信息，需使用能夠顯示二行15*16點陣漢字的液晶顯示屏，CPU通過LCD驅(qū)動器控制其工作。
EEPROM儲存器中儲存了各種校準所需要的數(shù)據(jù)和設(shè)定的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以由CPU重寫，斷電后這些數(shù)據(jù)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存儲到電腦中去。
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信息。
無線數(shù)據(jù)收發(fā)器把CPU要送給打印機的數(shù)據(jù)用無線信號發(fā)射出去，并接收打印機的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器發(fā)來的確認信號。
具體實施實例見圖2、3、4、5、6、7、8、9。下面結(jié)合這些原理圖對電路加以說明。實例中的單片機采用美國Microchip公司的PIC18F452(U101，圖2)。燃料電池酒精傳感器，放大器和模數(shù)變換由S1，U201，R201，R202，R203，R204，R205，U202，R206，R207，C200，C201組成(圖3)。酒精傳感器S1的輸出經(jīng)過運算放大器U201放大后，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器U202轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字信號送到單片機加以處理。單片機通過CS和SCLK二個端點控制U202的工作，U202的輸出在SDI送給單片機。溫度傳感器采用LM35，其輸出直接送到單片機的4腳，由單片機內(nèi)部的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(圖2)。圖2中U103是一個獨立的時鐘，提供不間斷的時鐘信息。圖6中，Q404、Q405、D402、D403、R405、R406、R407、R408、E401、E402組成圖1所述的電磁抽氣閥控制電路，PUMP即為電磁抽氣閥的電磁線圈。當(dāng)單片機PUMP控制腳為高電位時，電磁抽氣閥吸動。壓力檢測器由D401、R401、R402、運算放大器A401和R411、R412、R413組成(圖6)，A401的輸出(PRESS)送到單片機以檢測吹氣壓力，吹氣通路中的轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速愈高，其輸出脈沖頻率愈高。聲音報警器由Q402、R416、R417和B401組成(圖6)。當(dāng)單片機BUZZER控制腳為高電平時，Q402導(dǎo)通，B401發(fā)出蜂鳴聲。Q403、Q406及其相關(guān)電路組成鍵盤背光控制電路(圖6)。F-OUT是來自時鐘的脈沖信號，當(dāng)單片機KB-LIGHT控制腳為高電平時，Q406飽和導(dǎo)通，此時Q403受F-OUT控制而時斷時通，由于電感負載L401的存在，Q403截止時，L401的反電動勢點亮D405-D410六個發(fā)光二極管。液晶顯示屏由LCD驅(qū)動模組U501及其相關(guān)的RC器件組成，具體電路見圖7。單片機通過A0、CS_LCD、SDO、SCLK、RESET五信號控制它的工作。液晶顯示屏的背光照明電路由專用芯片U601和L601、C602組成，其控制電路由Q601、Q601及其相關(guān)R、C元件組成(圖5)。當(dāng)單片機LCD-LIGHT控制腳為高電平時，背光電路工作。數(shù)字鍵盤和三個操作按鍵由4*4鍵盤矩陣和RP1-1、RP1-2、RP1-3、RP1-4(圖2)組成。電池電壓檢測裝置由R106，R107和單片機內(nèi)部的10位模數(shù)變換器(圖2)組成。漢字字庫存放在FLASH ROM SST25VF040(U105)中(圖2)，該芯片還同時用來存儲測試記錄。電壓調(diào)整器由U301、E301、E302、U302、E304、U303、E306組成(圖4)。本機的電源比較復(fù)雜，為了保證足夠的測量精度，U201和U202必須單獨供電(V-TEST)。其它部分所需要的電源由VCC提供。圖4中，U305、U306和Q301、Q302、Q303及其相關(guān)電路構(gòu)成供抽氣閥工作的14伏電壓形成和控制電路。當(dāng)單片機V-PUM控制腳為高電平時，Q301飽和導(dǎo)通，造成Q302導(dǎo)通，電壓變換電路工作。
圖8是主機的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器電路，這是本實用新型專利技術(shù)的重點。無線數(shù)據(jù)收發(fā)器采用挪威Nordic公司的專用芯片nRF401。該芯片集成度相當(dāng)高，內(nèi)部集成了頻率合成電路，接收部分的高頻放大器、變頻器、中頻放大器、FSK解調(diào)器和發(fā)送部分的FSK調(diào)制器、高頻功率放大器。其工作頻率為國際通用的ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻段，最大輸出功率為10DBm。有433.93MHz和434.33MHz二個工作頻率可以選擇。只需要少量幾個外部電路元件即可工作。其中L1是VCO震蕩電路的電感，C3、C4和R2構(gòu)成鎖相環(huán)路的二階低通濾波電路。晶體X1和R1、C1、C2與芯片內(nèi)部的與非門電路組成作為基準頻率的晶體震蕩器。采用平衡型天線，當(dāng)通信距離要求不遠時，可以采用印刷板上印制的環(huán)型天線。圖8中的loop antenna即為此印制的環(huán)型天線，C10、C11是天線的調(diào)諧電容。改變R3的數(shù)值可以調(diào)整它的輸出功率。CPU通過TXEN和POWER_UP二個端點控制它的工作。當(dāng)POWER_UP為低電平時，芯片處于待機狀態(tài)，耗電量只有十幾微安。當(dāng)POWER_UP為高電平時，芯片處于工作狀態(tài)。此時如果TXEN為高電平時，芯片處于發(fā)射狀態(tài)，把CPU從DIN端送來的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過FSK調(diào)制后發(fā)射出去。當(dāng)TXEN為低電平時，芯片處于接收狀態(tài)，把接收到的無線信號經(jīng)過FSK解調(diào)后恢復(fù)成為數(shù)據(jù)信號在DOUT端輸出。DOUT和DIN分別與單片機的串行接口收、發(fā)端Rx和Tx相接。
圖9是打印機一端的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器電路。同樣采用nRF401芯片，工作原理與圖8的電路完全相同。因為采用現(xiàn)成的打印機，送到打印機的信號必須是符合RS-232標準的串行信號。為此，電路中專門采用了一個單片機U2(PIC16F628A)來完成無線數(shù)據(jù)收發(fā)器與打印機之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接。與圖8相同，U1(nRF401)的DOUT和DIN分別與單片機的串行接口收、發(fā)端Rx和Tx相接，TXEN和POWER_UP分別受單片機的二個獨立引腳RB6和RB7控制。因為無線通信必須考慮抗干擾的問題，CPU收到的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器送來的數(shù)據(jù)，必須先存儲起來進行校驗，然后才能發(fā)給打印機。如果直接傳送給打印機，一旦受到干擾，打印機打印的結(jié)果就會出錯，這是不能容許的。圖9中的U3僅僅作為電平轉(zhuǎn)換，使單片機的信號電平與打印機的RS-232標電平相配合。它把CPU的RA3端口送來的異步串行數(shù)據(jù)的電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平在T2OUT端口送給打印機。U3的四個端口CST、RTS、PRN_RX、PRN_TX分別與打印機的相應(yīng)端口相接。
實例中無線數(shù)據(jù)的通信方式采用異步方式，7比特字長，一個起始位，一個停止位，偶校驗，再加上一個縱向偶校驗字節(jié)。考慮到無線傳輸?shù)奶攸c，發(fā)信號前應(yīng)加上前導(dǎo)碼，使接收端能夠獲得必要的位同步和字同步信息。
權(quán)利要求1.一種帶有無線打印功能的酒精測試儀，它包括酒精測試儀主機和配套的小型打印機，其特征在于所述的酒精測試儀主機和配套的小型打印機之間采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進行連接。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有無線打印功能的酒精測試儀，其特征在于酒精測試儀主機的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(qū)動顯示電路、數(shù)據(jù)存貯電路、音響指示電路、指令控制電路以及特有的無線數(shù)傳收、發(fā)電路。燃料電池傳感器電路的傳感器信號輸出經(jīng)運算放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)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沖檢測輸入端相接。存貯電路接單片機的數(shù)據(jù)口。液晶驅(qū)動顯示電路中LCD顯示屏通過LCD驅(qū)動電路與單片機相接。音響指示電路與單片機的一個輸出腳連接。指令控制電路包括數(shù)字鍵盤和控制按鍵，分別接單片機的控制腳。無線數(shù)傳收、發(fā)電路的收、發(fā)信號端分別與單片機的串行數(shù)據(jù)輸入、輸出端連接，無線數(shù)傳收、發(fā)電路的控制端分別與單片機的輸出腳連接。
3.如權(quán)利要求1所述的帶有無線打印功能的酒精測試儀，其特征在于所述配套的小型打印機也設(shè)有與酒精測試儀主機中的無線數(shù)傳收、發(fā)電路相對應(yīng)的無線數(shù)傳收、發(fā)電路。無線數(shù)傳收、發(fā)電路的收、發(fā)信號端分別與單片機的串行數(shù)據(jù)輸入、輸出端連接，無線數(shù)傳收、發(fā)電路的控制端分別與單片機的輸出腳連接。
4.如權(quán)利要求1、3所述的帶有無線打印功能的酒精測試儀，其特征在于配套的小型打印機中的單片機可以是獨立的，也可以與打印機驅(qū)動電路中的CPU合用。如果是獨立的，單片機還要與打印機數(shù)據(jù)接口相連。
專利摘要本實用新型涉及氣體測試儀器，尤其是含有酒精氣體的測試儀器；酒精測試儀主機和配套的小型打印機之間采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進行連接；無線數(shù)傳收、發(fā)電路的收、發(fā)信號端分別與單片機的串行數(shù)據(jù)輸出、輸入端連接，無線數(shù)傳收、發(fā)電路的控制端分別與單片機的輸出腳連接；小型打印機也設(shè)有與酒精測試儀主機中的無線數(shù)傳收、發(fā)電路相對應(yīng)的無線數(shù)傳收、發(fā)電路；用于警方現(xiàn)場對駕駛員呼氣中的酒精濃度進行檢測，全中文操作提示，能夠直接輸入被測者駕駛證號并加以記錄，可在現(xiàn)場把測試結(jié)果打印出來；本機能夠記錄被測者拒絕檢測，允許用戶自行標定、自行設(shè)定報警濃度；體積小、便于攜帶、使用方便，是公安部門查處酒后駕駛的有力工具。
文檔編號G01N33/98GK2641658SQ0327405
公開日2004年9月15日 申請日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者陳守譽, 陳祖潔, 陳野 申請人:深圳市威爾電器有限公司