专利名称：带有无线打印功能的酒精测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气体测试仪器，尤其是含有酒精气体的测试仪器。
背景技术：
随着国民经济的飞速发展，公路上行驶的车辆大量增加，酒后驾驶造成的交通事故频频发生。公安部门也在不断强化查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。作为违章处罚的依据，交通民警在对酒后驾驶者进行检测后，一般都要求能立即把检测结果以书面形式通知被测者。而目前供交警使用的呼出气体酒精含量探测器中，只有少数进口的品牌带有配套的打印机，可以立即把检测结果打印出来。当需要打印时，必须把酒精测试仪和打印机用电缆连接起来，或者用红外线连接以后才能打印。用电缆连接每次都要接上电缆，电缆经过多次插、拔连接，往往会产生接触不良或电缆内部断线的现象，给使用带来不便。用红外线连接又有方向性，使用时都有不方便之处。如果打印机没有带在身上而放在警车里，就更增加了不少麻烦。
本实用新型的目的在于提供一种采用无线数据传输技术，在10米之内无须电缆连接，即可将执勤交警对被测者呼出气体的酒精含量检测后的结果，脱机打印出来的带有无线打印功能的酒精测试仪。
发明内容
它包括酒精测试仪主机和配套的小型打印机；酒精测试仪主机和配套的小型打印机之间采用无线数据传输技术进行连接。
酒精测试仪主机的电路部分包括单片机、燃料电池传感器电路、吹气压力检测电路、液晶驱动显示电路、数据存贮电路、音响指示电路、指令控制电路以及特有的无线数传收、发电路。燃料电池传感器电路的传感器信号输出经运算放大器及模数转换电路与单片机信号输入脚相接。吹气压力检测电路中，压力检测器的输出与单片机的脉冲检测输入端相接。存贮电路接单片机的数据口。液晶驱动显示电路中LCD显示屏通过LCD驱动电路与单片机相接。音响指示电路与单片机的一个输出脚连接。指令控制电路包括数字键盘和控制按键，分别接单片机的控制脚。无线数传收、发电路的收、发信号端分别与单片机的串行数据输入、输出端连接，无线数传收、发电路的控制端分别与单片机的输出脚连接。
所述配套的小型打印机也设有与酒精测试仪主机中的无线数传收、发电路相对应的无线数传收、发电路。无线数传收、发电路的收、发信号端分别与单片机的串行数据输入、输出端连接，无线数传收、发电路的控制端分别与单片机的输出脚连接。
配套的小型打印机中的单片机可以是独立的，也可以与打印机驱动电路中的CPU合用。如果是独立的，单片机还要与打印机数据接口相连。
本实用新型采用无线数字通信技术连接打印机，从而在使用上带来了很大的方便，提高了工作效率。
附图1为本实用新型主机电路方框图；
附图2为本实用新型主机的主控单片机及接口电路原理图；附图3为本实用新型主机的燃料电池传感器放大器和模拟/数字转换电路原理图；附图4为本实用新型主机的电源电路原理图；附图5为本实用新型主机的LCD显示屏的背光控制电路原理图；附图6为本实用新型主机的抽气阀控制电路、抽气压力检测电路和键盘背光控制电路原理图；附图7为本实用新型主机的LCD驱动电路原理图；附图8为本实用新型主机的无线数传电路原理图；附图9为本实用新型打印机端无线数传电路原理图；附图10为本实用新型常规检测模块软件流程图；附图11为本实用新型打印机控制模块软件流程图。
实施方式在酒精测试仪中增加一块小巧的无线通信电路板。由于使用时酒精测试仪和打印机通常的距离只有十米左右，10dbm的发射功率超小型天线足可完成通信任务。工作频率原则上在几百兆赫兹以上都可，一般可以采用ISM(工业、科学和医学)频段433MHz频率或者2.4GHz频段，这些频率在10dbm以下功率发射不需要报请批准。无线通信电路在酒精测试仪单片机的控制下工作，其数据输入和输出端分别与单片机的串行通信输出和输入端连接。在打印机一边也须增加无线通信电路。如果重新设计打印机的软件和硬件，无线电路板可以与打印机的控制电路做在一起，并且合用一个单片机。如果使用现成的打印机，就需要增加一块无线通信电路板，电路板内有自己的单片机来控制无线通信电路工作，其作用是把酒精测试仪中无线电路发来的数据接收下来，经过处理后转换为打印机所需要的数据格式，并从RS-232端口送给打印机。
由于无线通信容易受干扰，而且工作现场也往往有二对以上的酒精测试仪和打印机在进行工作。为此，必须设计一个具有抗干扰能力的通信规约，并且有一对一寻址机理，以及具有应答和超时重发功能(又称为“反馈重发纠错”，ARQ。)即每发一个数据帧，对方收到后先进行校验，如果没有数据传输错误，再检查是否是发给自己的，如是的，发回一个表示准确收到该数据帧的应答信号。发方在发出一个数据帧后即启动一个定时器，如果在约定时间内没有收到应答信号，再重发一次该数据帧。
主机的方框图见图1。其中酒精传感器既可以使用燃料电池型的，也可以采用半导体的(图1中采用的是燃料电池型)。气体通路根据所采用的酒精传感器不同而设计，但在气体通路内部必须有一个压力检测装置，以检查被测者呼气的压力是否达到要求。一个单片微型计算机(单片机)控制整机的工作，酒精传感器输出的微弱信号经过有关的信号放大器和模数转换器送到单片机进行处理。机内还有一个温度传感器及其有关的温度信号放大器和模数转换器，一个电池电量检测电路，一个液晶显示屏和液晶驱动器，一个声音报警装置，一个EEPROM储存器，一个汉字字库(如果要求显示汉字)，一个数字键盘和另外若干按键(根据设计的性能要求而定)，一个无线数据收发器。以上这些部分共同组成完整的主机整体。整个系统除酒精测试仪主机外，还有一个打印机，打印机内也有一个在单片机控制下工作的无线数据收发器。本专利的关键是采用无线数据通信技术连接酒精测试仪和它的配套打印机，原则上可以应用于任何类型的酒精测试仪。下面结合本公司生产的燃料电池酒精测试仪的主要部分配合本专利核心部分加以简要说明。
单片机是本机的心脏，它从人机接口接受操作者的各项指令，按照预定的程序执行指令，检测各类信号和处理数据，把结果报告给操作者。单片机的中央处理器在系统软件的控制下工作，软件存储在单片机内部的ROM中。
燃料电池酒精传感器是本机最重要的元件，当被测者的呼气进入它的燃烧室，会输出大小与呼气酒精浓度成正比的电信号。燃料电池酒精传感器是各类酒精传感器中性能最稳定的，并有良好的线性度。
电磁抽气阀的作用是保证送到传感器的气体完全是被测者呼出的气体，进入传感器燃烧室内部的气体在检测时间内应该是相对不流动的，以保证检测精度。抽气阀在CPU控制下工作，它的作用是把被测者呼出的气体通过吹气通路中的一个小孔抽到燃料电池的燃烧室。测试完成后把气体排出，并准备抽取下一次测试所须分析的气体。
温度传感器的作用是检测当时传感器的温度，作为温度补偿的根据，以补偿酒精传感器的输出受工作温度影响而造成的误差，从而保证对酒精浓度的检测不受环境温度的影响。
吹气压力检测装置的作用是检测吹气压力。当酒精测试仪在对被测者进行检测时，要求时刻对被测者的吹气压力进行监测，当吹气压力不足时，机器必须提醒被测者加大吹气压力。当开始检测后的十几秒钟一直没有检测到吹气压力时，必须提醒操作人员，以确定是否是被测者拒绝检测。吹气压力检测装置的输出送到单片机的数据输入端。
液晶显示屏和液晶驱动器用来显示信息。为了显示足够的中文信息，需使用能够显示二行15*16点阵汉字的液晶显示屏，CPU通过LCD驱动器控制其工作。
EEPROM储存器中储存了各种校准所需要的数据和设定的数据，这些数据可以由CPU重写，断电后这些数据不会丢失。EEPROM中还储存每次测试的记录，这些记录可以通过记录备份操作存储到电脑中去。
汉字字库中储存了GB-2312一、二二级字库所有汉字的点阵，它向CPU提供所需显示的汉字点阵信息。
无线数据收发器把CPU要送给打印机的数据用无线信号发射出去，并接收打印机的无线数据收发器发来的确认信号。
具体实施实例见图2、3、4、5、6、7、8、9。下面结合这些原理图对电路加以说明。实例中的单片机采用美国Microchip公司的PIC18F452(U101，图2)。燃料电池酒精传感器，放大器和模数变换由S1，U201，R201，R202，R203，R204，R205，U202，R206，R207，C200，C201组成(图3)。酒精传感器S1的输出经过运算放大器U201放大后，送到模数转换器U202转换成12位数字信号送到单片机加以处理。单片机通过CS和SCLK二个端点控制U202的工作，U202的输出在SDI送给单片机。温度传感器采用LM35，其输出直接送到单片机的4脚，由单片机内部的10位模数转换器转换成数字信号(图2)。图2中U103是一个独立的时钟，提供不间断的时钟信息。图6中，Q404、Q405、D402、D403、R405、R406、R407、R408、E401、E402组成图1所述的电磁抽气阀控制电路，PUMP即为电磁抽气阀的电磁线圈。当单片机PUMP控制脚为高电位时，电磁抽气阀吸动。压力检测器由D401、R401、R402、运算放大器A401和R411、R412、R413组成(图6)，A401的输出(PRESS)送到单片机以检测吹气压力，吹气通路中的转轮转速愈高，其输出脉冲频率愈高。声音报警器由Q402、R416、R417和B401组成(图6)。当单片机BUZZER控制脚为高电平时，Q402导通，B401发出蜂鸣声。Q403、Q406及其相关电路组成键盘背光控制电路(图6)。F-OUT是来自时钟的脉冲信号，当单片机KB-LIGHT控制脚为高电平时，Q406饱和导通，此时Q403受F-OUT控制而时断时通，由于电感负载L401的存在，Q403截止时，L401的反电动势点亮D405-D410六个发光二极管。液晶显示屏由LCD驱动模组U501及其相关的RC器件组成，具体电路见图7。单片机通过A0、CS_LCD、SDO、SCLK、RESET五信号控制它的工作。液晶显示屏的背光照明电路由专用芯片U601和L601、C602组成，其控制电路由Q601、Q601及其相关R、C元件组成(图5)。当单片机LCD-LIGHT控制脚为高电平时，背光电路工作。数字键盘和三个操作按键由4*4键盘矩阵和RP1-1、RP1-2、RP1-3、RP1-4(图2)组成。电池电压检测装置由R106，R107和单片机内部的10位模数变换器(图2)组成。汉字字库存放在FLASH ROM SST25VF040(U105)中(图2)，该芯片还同时用来存储测试记录。电压调整器由U301、E301、E302、U302、E304、U303、E306组成(图4)。本机的电源比较复杂，为了保证足够的测量精度，U201和U202必须单独供电(V-TEST)。其它部分所需要的电源由VCC提供。图4中，U305、U306和Q301、Q302、Q303及其相关电路构成供抽气阀工作的14伏电压形成和控制电路。当单片机V-PUM控制脚为高电平时，Q301饱和导通，造成Q302导通，电压变换电路工作。
图8是主机的无线数据收发器电路，这是本实用新型专利技术的重点。无线数据收发器采用挪威Nordic公司的专用芯片nRF401。该芯片集成度相当高，内部集成了频率合成电路，接收部分的高频放大器、变频器、中频放大器、FSK解调器和发送部分的FSK调制器、高频功率放大器。其工作频率为国际通用的ISM(工业、科学和医学)频段，最大输出功率为10DBm。有433.93MHz和434.33MHz二个工作频率可以选择。只需要少量几个外部电路元件即可工作。其中L1是VCO震荡电路的电感，C3、C4和R2构成锁相环路的二阶低通滤波电路。晶体X1和R1、C1、C2与芯片内部的与非门电路组成作为基准频率的晶体震荡器。采用平衡型天线，当通信距离要求不远时，可以采用印刷板上印制的环型天线。图8中的loop antenna即为此印制的环型天线，C10、C11是天线的调谐电容。改变R3的数值可以调整它的输出功率。CPU通过TXEN和POWER_UP二个端点控制它的工作。当POWER_UP为低电平时，芯片处于待机状态，耗电量只有十几微安。当POWER_UP为高电平时，芯片处于工作状态。此时如果TXEN为高电平时，芯片处于发射状态，把CPU从DIN端送来的数据信号经过FSK调制后发射出去。当TXEN为低电平时，芯片处于接收状态，把接收到的无线信号经过FSK解调后恢复成为数据信号在DOUT端输出。DOUT和DIN分别与单片机的串行接口收、发端Rx和Tx相接。
图9是打印机一端的无线数据收发器电路。同样采用nRF401芯片，工作原理与图8的电路完全相同。因为采用现成的打印机，送到打印机的信号必须是符合RS-232标准的串行信号。为此，电路中专门采用了一个单片机U2(PIC16F628A)来完成无线数据收发器与打印机之间的数据转接。与图8相同，U1(nRF401)的DOUT和DIN分别与单片机的串行接口收、发端Rx和Tx相接，TXEN和POWER_UP分别受单片机的二个独立引脚RB6和RB7控制。因为无线通信必须考虑抗干扰的问题，CPU收到的无线数据收发器送来的数据，必须先存储起来进行校验，然后才能发给打印机。如果直接传送给打印机，一旦受到干扰，打印机打印的结果就会出错，这是不能容许的。图9中的U3仅仅作为电平转换，使单片机的信号电平与打印机的RS-232标电平相配合。它把CPU的RA3端口送来的异步串行数据的电平转换成RS-232电平在T2OUT端口送给打印机。U3的四个端口CST、RTS、PRN_RX、PRN_TX分别与打印机的相应端口相接。
实例中无线数据的通信方式采用异步方式，7比特字长，一个起始位，一个停止位，偶校验，再加上一个纵向偶校验字节。考虑到无线传输的特点，发信号前应加上前导码，使接收端能够获得必要的位同步和字同步信息。
权利要求1.一种带有无线打印功能的酒精测试仪，它包括酒精测试仪主机和配套的小型打印机，其特征在于所述的酒精测试仪主机和配套的小型打印机之间采用无线数据传输技术进行连接。
2.如权利要求1所述的带有无线打印功能的酒精测试仪，其特征在于酒精测试仪主机的电路部分包括单片机、燃料电池传感器电路、吹气压力检测电路、液晶驱动显示电路、数据存贮电路、音响指示电路、指令控制电路以及特有的无线数传收、发电路。燃料电池传感器电路的传感器信号输出经运算放大器及模数转换电路与单片机信号输入脚相接。吹气压力检测电路中，压力检测器的输出与单片机的脉冲检测输入端相接。存贮电路接单片机的数据口。液晶驱动显示电路中LCD显示屏通过LCD驱动电路与单片机相接。音响指示电路与单片机的一个输出脚连接。指令控制电路包括数字键盘和控制按键，分别接单片机的控制脚。无线数传收、发电路的收、发信号端分别与单片机的串行数据输入、输出端连接，无线数传收、发电路的控制端分别与单片机的输出脚连接。
3.如权利要求1所述的带有无线打印功能的酒精测试仪，其特征在于所述配套的小型打印机也设有与酒精测试仪主机中的无线数传收、发电路相对应的无线数传收、发电路。无线数传收、发电路的收、发信号端分别与单片机的串行数据输入、输出端连接，无线数传收、发电路的控制端分别与单片机的输出脚连接。
4.如权利要求1、3所述的带有无线打印功能的酒精测试仪，其特征在于配套的小型打印机中的单片机可以是独立的，也可以与打印机驱动电路中的CPU合用。如果是独立的，单片机还要与打印机数据接口相连。
专利摘要本实用新型涉及气体测试仪器，尤其是含有酒精气体的测试仪器；酒精测试仪主机和配套的小型打印机之间采用无线数据传输技术进行连接；无线数传收、发电路的收、发信号端分别与单片机的串行数据输出、输入端连接，无线数传收、发电路的控制端分别与单片机的输出脚连接；小型打印机也设有与酒精测试仪主机中的无线数传收、发电路相对应的无线数传收、发电路；用于警方现场对驾驶员呼气中的酒精浓度进行检测，全中文操作提示，能够直接输入被测者驾驶证号并加以记录，可在现场把测试结果打印出来；本机能够记录被测者拒绝检测，允许用户自行标定、自行设定报警浓度；体积小、便于携带、使用方便，是公安部门查处酒后驾驶的有力工具。
文档编号G01N33/98GK2641658SQ0327405
公开日2004年9月15日 申请日期2003年8月27日 优先权日2003年8月27日
发明者陈守誉, 陈祖洁, 陈野 申请人:深圳市威尔电器有限公司