STM32單片機在酒精探測儀的應用

酒精濃度探測儀由單片機、酒精傳感器、信號調理電路、語音報警模塊、TFTLCD顯示模塊、通信模塊、功放模塊等部分組成，結構框圖如圖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據量要求高，再加上酒精檢測反應速度較快，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、重復性優異和穩定性高等優點。

單片機采用低功耗高速工業級芯片STM32F103VET6。STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex—M3內核，STM32F103為“增強型”系列，時鐘頻率達到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翻轉速度，內部集成優異的安全時鐘模式、帶喚醒功能的低功耗模式、內部RC振蕩器、內嵌復位電路等，完全滿足本酒精濃度探測儀的設計需求。

電源電路采用LM2596作為初級電壓轉換芯片，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到1 A，輸入電壓調節率小于0．2％，負載調節率小于0．4％，輸出電壓穩定。

看門狗電路采用美國IMP公司生產的系統μP監控芯片IMP706，IMP706能在上電、掉電期間或手動情況下產生復位信號，該器件內含有1個1．6 s的看門狗定時器和4．4 V的電源電壓監視器。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型酒精傳感器根據電化學原理工作，利用待測氣體在電解池中工作電極電位上的電化學氧化過程，待測氣體電化學反應所產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以采樣電阻R1來獲取采樣電壓，通過運放負反饋放大電路，對采樣電壓進行放大。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。放大后的電壓信號送入STM32的ADC中，對經過A／D轉化后的數據進行分析處理，最后計算出酒精濃度的大小，從而判斷被測者是否飲酒。判斷結果通過語音芯片進行語音提示，再通過LCD顯示濃度值。

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

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中文語音合成系統而設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，主要面向中高端應用領域，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用領域設計，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，可調節功能強大。