专利名称：乘务员饮酒检测控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种判断待测人员是否饮酒超标的呼出气体酒精含量探测器，特别是涉及一种铁路乘务人员出乘饮酒检测计算机控制的系统。
为了适应铁路运输的快速发展，铁路系统现在都围绕“管理”这个主题深入地开展了许多工作。目前，机务系统在乘务管理中已经部分实现了微机化管理，各机务段均架设了计算机局域网络，这为其它管理工作的微机化也提供了条件。在乘务管理中，司乘人员出乘时的饮酒检测管理长期以来一直是一个薄弱环节，而这往往也形成了漏洞，造成了铁路行车重大事故，这在不少机务段都有记录。在列车大提速的今天，司乘人员的饮酒出乘问题已经成为危及铁路行车安全的重大隐患。这个问题长期以来未能得到有效的解决，主要有几个原因一是没有方便实用且检测效果理想的检测仪器。二是检测管理手段落后，手工管理使饮酒检测成为摆设，得不到有效的实施。在机务段全面实施出勤微机打卡记录、管理的情况下，机务段迫切需要一套能与出勤打卡管理系统配套的饮酒检测微机管理系统。
以往饮酒检测的方法是采用呼气式酒精测试仪手工抽查、人工监督。酒精测试仪使用负载电阻与传感器串联方式检测，由于传感器存在连续长时间使用零点漂移问题，在长年不间断连续工作的条件下，零点漂移问题的影响日益突出，误报现象频繁发生。此外，酒精测试仪不能与计算机实时连接，不能实现计算机自动监控。
本发明的目的是提供一种乘务员饮酒检测控制系统，它能够长年不间断连续使用，解决长时间使用传感器零点漂移问题，能与计算机实时连接，检测过程计算机自动监控，并且解决环境因素对检测的干扰。
本发明的目的是这样实现的乘务员饮酒检测控制系统，它包括检测探头，计算机接口，计算机，所述的检测探头由吹气响应、酒精信号检测、信号处理和数据锁存组成。
本发明与现有技术相比具有如下优点1)本系统能解决长时间使用传感器零点漂移问题，使得该系统性能稳定，能够长年不间断连续使用。
2)本系统能解决环境因素对检测的干扰，使得该系统不需要苛刻的检测环境，在不同温度以及环境中存在烟雾等干扰气体的情况下，本系统仍然能工作正常。
3)检测探头通过计算机接口卡由计算机直接供电，不需外界电源，使得探头体积小，安装使用非常方便。
4)本系统能检测吹气信号，避免待测人员不吹气漏检。其它，
测酒器需要人工监督，有待测人员不吹气漏检情况。
5)本系统的硬件自检故障诊断程序在检测开始前会自动检测硬件工作是否正常，在硬件发生故障时，能报告故障位置和类型。
6)本系统能与计算机实时连接，实现了检测过程的计算机自动监控。
7)管理软件能对检测结果进行分析，输出规范的检测报表。
8)控制软件能与已有的各种出勤系统对接，直接对饮酒超标人员实施控制禁止出勤上岗。
下面结合附图详细描述本发明的实施例。
图1是硬件系统结构框图。
图2是系统的检测探头部分放大结构框图。
图3是系统的计算机接口卡部分放大结构框图。
图4是系统的检测流程图。
图5是检测探头的吹气响应部分电路原理图。
图6是检测探头的酒精信号检测部分电路原理图。
图7是检测探头的信号处理部分电路原理图。
图8是检测探头的数据锁存部分电路原理图。
下面结合附图详细描述本发明的实施例。
本乘务员饮酒检测控制系统分为检测探头、微机接口卡、管理控制软件三部分。软件由硬件自检故障诊断程序、检测管理程序和控制程序三部分组成。
检测探头采用双传感器由恒流源供电，一路用于酒精含量检测，一路暴露于空气之中，用于平衡零点漂移问题和消除环境因素的影响。当环境温度发生变化或者存在干扰气体时，两路传感器都将发生同样的变化，通过信号的差分运算，可以将原来的单只传感器受到的环境影响和零点漂移问题消除。
对酒精具有高选择性、高灵敏度的酒精传感器是检测仪研制的关键，我们为此对比试验了多家传感器厂商的传感器，最后选择了国内某研究机构最新研制的新型组合型半导体电阻式气敏元件，这种传感器结构与目前常用的气敏元件不同，常用的气敏元件是以复合金属氧化物为主体材料的N型或P型半导体气敏元件，通常为SnO2类和ZnO类。当金属氧化物接触被测气体时产生吸附效应，从而改变半导体的电阻、电导率、功函数等；组合型气敏元件是采用多种复合金属氧化物制作成NP双极性的传感器，使得传感器在乙醇气体中正极性变化、干扰气体中负极性变化。但是，这种传感器在制作还需要加以改进，目前的成品率只有三分之一左右。主要原因是两极的制作不易控制灵敏度高了、选择性就差了，这时往往会对日常的香烟、大蒜等异味也敏感，而产生误报现象；选择性高了，灵敏度就低了，这时传感器在酒精气体中变化不明显，甚至负极性变化组合型气敏元件的性能参数工作电压V0(V)-5~24；
加热电压VH(V)-4.5~5.5；加热功率PH(mW)≤750；响应时间t1(S)≤10；恢复时间t2(S)≤60；灵敏度β(100ppm乙醇气体)≥3；选择性α(乙醇，汽油同为100ppm)＜0；起始电压Vout(V)≥0.1该项目的一个关键问题是传感器的标定问题，这里采用的是静态容积法配制混合气体的方法配制乙醇气体来模仿含有酒精成分的呼出气体。此方法是利用乙醇的挥发性，在已知容积的密闭容器内注入已知量的纯乙醇液体，当注入的乙醇液体挥发后，所得分压小于该温度下的乙醇饱和蒸汽压时，均匀后即可获得预期浓度的乙醇气。其准确度取决于乙醇的纯度、质量、配气容器的容积误差、周围温度波动等。实验证明，在温度15~25℃、相对湿度不大于80％条件下，有湿度引入的附加误差可以忽略不计，经首次配气驱除后，重新配气可将配气瓶吸附引入的误差减小到忽略不计。
标定的乙醇气体浓度采用体积浓度法表示，单位为ppm，即百万分数。例如，乙醇气体浓度100ppm时，则表示按体积计所配制气体中乙醇含量为百万分之一百。
另外，在模数转换后增加了数据锁存单元，通过计算机接口卡与计算机实时连接，控制软件根据检测结果控制已有的出勤系统实现控制。
在图1中，系统的工作原理是检测探头1通过电缆与计算机接口卡2连接，计算机接口卡2插在计算机3的扩展槽中，计算机3与打印机4相连。检测探头1对待测人员的吹气指示信号和酒精含量信号进行处理并声光显示检测结果，计算机3通过计算机接口卡2获得检测探头1的检测结果，打印机4输出检测结果。
在图2中，检测探头1完成待测人员的吹气指示信号和酒精含量信号的检测。吹气指示信号检测的工作原理是吹气传感器5获得待测人员的吹气指示信号，触发风扇启动延时单元6启动风扇抽取采样气体，吹气指示单元7声光显示提示吹气。酒精含量信号检测的工作原理是恒流源A17产生恒定电流流过暴露于空气中的酒精传感器A16，酒精传感器A16输出空气中的响应信号；恒流源B14产生恒定电流流过暴露于测试气体中的酒精传感器B15，酒精传感器B15输出测试气体中的响应信号；运算放大器13对上述两路信号进行差分运算输出排除干扰后的酒精含量信号，此信号一路经模数转换器18转换成相应的数字信号，在显示器8上显示并锁存在数据锁存单元9中，另一路在比较器11中与基准源12产生的预设报警阈值进行比较，报警指示单元10声光显示报警。
在图3中，接口卡的工作原理是检测探头1输出的模拟信号经多路选择单元20选择后输出至采样保持器19，启动模数转换单元25启动模数转换器21将采样保持器19的采样结果转换成相应的数字信号输出至数据驱动单元23；检测探头1中数据锁存单元9锁存的数字信号经光电隔离单元27光电隔离后，锁存到接口卡的数据锁存单元24中，再输出至数据驱动单元23；计算机3通过数据驱动单元23获得检测探头1的检测结果。电源变换器26从计算机3的扩展槽中获得电源，变换成检测探头1所需的电源给检测探头1供电。
在图5、图6、图7、图8中U1～4为CD4042；U5～8为CD4175；U9，U13为LM336；U10为CD4511；U11，U17为酒精传感器MICS-3110；U12，U16为LM234；U14为NE555；U18为LM317T；U19为7135；U20为MC1413；U21为MC1403；U22为LM7905CT；U23为4位数码管；U25为LM324；U26为CD4049；U27为LM339；检测探头由吹气响应、酒精信号检测、信号处理和数据锁存四部分组成。
吹气响应部分包括吹气传感器电路L1，R28，R11；风扇启动延时电路U14，P5，E8，C6，R12，N1，CZ1；吹气指示电路R21，R22，L2，N2，R24，N3，B2。吹气传感器获得的吹气信号触发延时电路启动风扇抽取采样气体。
酒精信号检测部分包括恒流源17包括U16，R29，P6；暴露于空气中的酒精传感器电路U17，R31，R10，R9，R8，R7，U25B；恒流源14包括U12，R20，P3；暴露于测试气中的酒精传感器电路U11，R19，R6，R5，R4，R3，U25C；信号调理基准源电路U9，R18，E7，C5，P2，P9；信号调理电路R13，R14，R15，R16，R17，R44，U25A，P1。测试气体中的酒精信号和空气中的平衡信号经运算放大器分别调理后，再经运算放大器差分运算调理后输出驱除干扰后的酒精含量检测信号。
信号处理部分包括模数转换电路U19，C7，C8，C9，C12，R32，R33，R34；模数转换基准源电路U21，P8，U22，E5，C11；模数转换时钟电路U26B～C，R42，R43，C13；显示电路U10，U20，U23，U26A；比较器基准源电路U13，R26，E9，C10，P4比较电路U27A，R45；声光报警电路N4，R25，R27，L3，N5，R23，B1。前述酒精信号检测部分输出的酒精含量检测信号经模数转换后在4位数码管上数字显示酒精含量，并通过比较器与预设报警阈值比较，报警电路指示检测结果。
数据锁存部分包括数据锁存器U1～4；数据缓冲器U5～8。前述信号处理部分中模数转换的结果在各自输出周期内分别锁存到数据锁存器中，在模数转换结束后由数据缓冲器输出至计算机接口卡。
权利要求
1.乘务员饮酒检测控制系统，其特征是它包括检测探头(1)，计算机接口(2)，计算机(3)，所述的检测探头(1)由吹气响应、酒精信号检测、信号处理和数据锁存组成。
2.根据权利要求1所述的乘务员饮酒检测控制系统，其特征是所述的吹气响应部分包括吹气传感器电路(L1，R28，R11)，风扇启动延时电路(14，P5，E8，C6，R12，N1，CZ1)，吹气指示电路(R21，R22，L2，N2，R24，N3，B2)；所述的酒精信号检测部分包括恒流源17(U16，R29，P6)，暴露于空气中的酒精传感器电路(U17，R31，R10，R9，R8，R7，U25B)，恒流源14(12，R20，P3)，暴露于测试气中的酒精传感器电路(U11，R19，R6，R5，R4，R3 U25C)，信号调理基准源电路(U9，R18，E7，C5，P2，P9)，信号调理电路(13，R14，R15，R16，R17，R44，U25A， P1)；所述的信号处理部分包括模数转换电路(U19，C7，C8，C9，C12，R32，R33，R34)，模数转换基准源电路(U21，P8，U22，E5，C11)，模数转换时钟电路(U26B～C，R42，R43，C13)，显示电路(U10，U20，U23，U26A)，比较器基准源电路(U13，R26，E9，C10，P4)，比较电路(U27A，R45)，声光报警电路(N4，R25，R27，L3，N5， R23，B1)；所述的数据锁存部分包括数据锁存器(U1～4)；数据缓冲器(U5～8)。
3.根据权利要求2所述的乘务员饮酒检测控制系统，其特征是所述的U1～4为CD4042；U5～8为CD4175；U9，U13为LM336；U10为CD4511；U11，U17为酒精传感器MICS-3110；U12，U16为LM234；U14为NE555；U18为LM317T；U19为7135；U20为MC1413；U21为MC1403；U22为LM7905CT；U23为4位数码管；U25为LM324；U26为CD4049U27为LM339。
全文摘要
乘务员饮酒检测控制系统,其特征是:它包括检测探头,计算机接口,计算机,所述的检测探头由吹气响应、酒精信号检测、信号处理和数据锁存组成。本发明能够长年不间断连续使用,解决长时间使用传感器零点漂移问题,能与计算机实时连接,检测过程计算机自动监控,并且解决环境因素对检测的干扰。
文档编号G01N33/98GK1343884SQ0112017
公开日2002年4月10日 申请日期2001年7月10日 优先权日2001年7月10日
发明者王祥, 周永海, 陈世勇 申请人:哈尔滨铁路局齐齐哈尔科学技术研究所