酒精浓度测试系统的软件设计

毕业设计（论文）开题报告题目酒精浓度测试系统的软件设计专业名称通信工程班级学号07042226学生姓名鄢志强指导教师张小林填表日期2011年2月28日一、选题的依据及意义酒精的重要作用，是逐渐使得脑部及神经系统反应迟钝——这也是许多人喜欢适量饮酒的主要原因。喝一、两杯对人有镇定或松弛的作用。即使是少量的酒精，也没有刺激兴奋的作用，这跟许多人的想法正好相反。然而，酒精有时会造成抑制力明显的减弱，这会导致创造力的出现，或者是有时候会导致实际的侵略攻击性行为。根据WHO数据，全球2003念得人均纯酒精消费量为6.2L，其中欧洲地区人均达11.9L，美州地区人均为8.7L。俄罗斯及其周边的东欧国家酒精度消费量最高，其次为欧洲其他国家，在人均国民生产总值（GDP）低于7000美元的低收入国家，酒精消费量与人均GDP相关，GDP越高酒精消费量越高。而随着我国近年来高速发展的经济水平和居民生活水平，酒精的消费量亦呈直线上升趋势，随之而来的是因为饮酒而造成的一系列社会问题。例如酒后驾车造成的交通意外。当酒精在人体血液内达到一定浓度时，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。人对外界的反应能力及控制能力会下降，处理紧急情况的能力也随之下降。对于酒后驾车者而言，其血液中酒精含量越高，发生撞车的几率越大。受到酒精影响的司机通常会有如下特征：对信号灯反应慢，摇摆不定、突然转向、飘忽不定或在道路中线驾驶；乱踩刹车；转弯幅度大；蛇形；没有原因就停车灯。而根据世界卫生组织的事故调查，大约50%——69%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的主要原因。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起，其危害触目惊心，已成为交通事故的第一大“杀手”。为了实现对人权的尊重，对生命的关爱，使更多人的生命权、健康权及幸福美满的家庭能得到更好的保护，需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体内的酒精含量。目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命安全。酒精检测仪的设计与使用有着不可替代的作用，也有相当的前景和意义。二、国内外研究概况及发展趋势受20世纪信息技术的快速发展的影响，传感技术逐渐走向成熟，在生活生产中的得到了广泛的应用。由于传感器在各个领域都有着举足轻重的作用，因此，高精度，高可靠性，微型化，微功耗无源化和智能数字化成为其发展方向。为检查醉驾,警察常常使用一种便携式的酒精呼吸检测仪,通过检测驾驶者呼出的气体判断驾驶者是否饮酒。而目前使用的酒精呼吸检测仪只能初步显示驾驶员是否饮酒,有醉驾嫌疑的驾驶员还需要接受血检,以确定其体内酒精含量是否超标。为简化其流程，英国内政部已推出一种超级酒精呼吸检测仪,能根据体温、呼吸频率等情况,当场判断出驾驶者体内的酒精含量。由此可见，高精度，高可靠性与微型化是酒精浓度检测仪的主要发展方向。至今为止，对气体中酒精含量进行检测的设备有燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型和比色型五种类型。但由于价格和使用方便的原因，目前（截止2009年8月）常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。但是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，目前（2009年）只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，加上材料成本高，因此价格相当昂贵，是半导体酒精传感器的几十倍。三、研究内容及实验方案主程序的功能是与硬件相结合以实现整个系统的功能，主流程图如图-1所示。NY图-1在该流程图程序初始化中，首先语音提示“预热中,请等待”,同时开始预热,时间30s,在LCD屏幕上有倒计时显示。这样保证了系统检测的精确度。30s计时到后,语音提示“欢迎使用”,并等待用户的按键操作,若未检测到任何按键按下,若有键按下，则表示开始检测采样数据，经过与设定的标准数据做比较，得出数据分析结果，并将结果显示在LCD显示屏上，并同时将显示屏上的结果通过开始程序初始化是否有键按下调用酒精浓度检测程序数据处理LCD显示语音提示保存数据及时间语音提示播报出来，最后将结果保存入系统中，方便查阅每次检查结果。四、目标、主要特色及工作进度本课题设计一种基于单片机的酒精测试系统。系统功能要求：通过传感器对酒精进行测试，计算出酒精浓度，精度：≤1%，显示计算结果并可语音报告，超限报警。工作进度时间安排：01～03周：资料查找、方案论证、开题报告撰写；英文资料翻译。04～11周：各模块的程序设计、系统主程序设计、软件初步调试。12～16周：软硬件联调，系统测试17～19周：毕业论文撰写，答辩。五、参考文献[1].彭为，莫科.单片机典型实例精讲.北京：电子工业出版社,2006[2].吴金戌，沈庆阳等.8051单片机实践与应用.北京：清华大学出版社，2002[3].王福瑞等.单片微机测控系统设计大全.北京：北京航空航天大学出版社，2002[4].王为青.51单片机应用开发案例精选.北京：人民邮电出版社，2007[5].吴国经.单片机应用设计.北京：中国电力出版社，2004[6].李希文，赵建等.传感器与信号调理技术.西安：西安电子科技大学出版社，2008[7]、酒精检测仪的研制，王彩红、王学梅，科技信息(学术研究)，2008/29[8]、DataSheet，SHT1x/SHTxHumidity&TemperatureSensor[9]、DataSheet，8-bitMicrocontrollerWith4KBytesFlashAT89C51[10]、DataSheet，MAX7219SeriallyInterfaced,8-Digit,LEDDisplayDrivers[11]、基于C8051F005的酒精检测仪设计，张恒;河南科技，2010/16[12]林吉申,黄文风.微控制器在手持式乙醇测试仪中的应用[J].福州大学学报:自然科学版,2000,28(2):20223.[13]陈继德.基于PIC16F877呼气式酒精测试仪的设计[J].中国仪器仪表,2005,(1):77279.[14]柳青松.PIC16C924单片机在酒精浓度检测仪中的应用[J].电子产品世界,2000,(9):38239.[15]虞力英,马庆,邹永良.呼出气体酒精测量的生理学问题[J].公安大学学报:自然科学版,2001,(4):11217.[16]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005:9210.[17]林吉申,黄文风.手持式乙醇测试仪的研制[J].传感器技术,2000,19(2):41243.[18]SimonI,BarsanN,BauerM,etal.MicomachinedMetalOxideGasSensors:OpportunitiestoImproveSensorPerformance[J].SensorandActuatorsB,2001,73:1226.[19]McCammon.K.Alcohol2RelatedMotorVehicleCrashes:Deter2renceandIntervention[J].AnnEmerMed,2001,38(14):4152422.利用代理服务器的P2P通信——基于代理服务上的P2P通信技术本章节详细地回顾了当前比较流行的一些基于当前代理设备的点对点通信技术，来源于应用或协议设计者的前瞻。3.1转发最可靠，但又是最低效的点对点通信方法，莫过于将p2p网络通信看作一个C/S结构，通过（服务器来）转发信息。举例来说，如图1-1所示。图1-1两个客户端A和B，均与服务器S初始化了一个TCP或UDP连接，服务器S具有公网固定IP地址,两个客户端分布在不同的私网中，这样，他们各自的NAT代理服务器将不允许他们进行直连。取而代之的方式是，两个客户端可以把服务器S当作信使来转发消息。比如，为了将消息发送到B，A先发送一条信息给服务器S，服务器S再利用初始化时已经建立的连接，将信息转发给B。这个方法的优势是：当两个客户端都与服务端保持连接的时候，它将始终如一的正常工作。但是它的劣势也很明显:它将全面依赖并消耗服务器的资源和性能和网络带宽。两个客户端的通信反应时间将明显增加，即使他们与服务器始终保持着连接。名为TURN的协议[TURN]定义了一个利用转发技术进行可靠通信的模型。3.2反向连接这里介绍第二种技术，但是它只能在通信的两端只有一端处于NAT之后的情况下。举例来说，假设客户端A处于NAT之后，而客户端B有一个公网IP地址，如图1-2所示。图1-2客户端A的私有IP地址是10.0.0.1，并使用TCP端口1234，客户端A初始化了一个与服务器S（IP=18.181.0.31:1235）的连接。NATA（IP=155.99.25.11）分配了一个62000的TCP端口给这个连接。因此，服务器S认为客户端A的IP地址是155.99.25.11:62000。而因为客户端B拥有固定IP地址138.76.29.7，所以在这个端对端的连接中，客户端B使用TCP端口1234。现在我们假设客户端B将会与客户端A初始化一个端对端连接会话。B将首先试图连接A的任何一个地址——客户端A认为是它自己所有的地址，即10.0.0.1:1234。或者是从服务器S观察到的地址,即155.99.25.11:62000。然而不论是连接上叙地址中的哪一个，都不可能成功。第一种情况：试图直接连到10.0.0.1肯定会失败，因为10.0.0.1根本就不是一个可以在公网上路由的IP地址；第二种情况，从B传来的TCPSYN请求将能够到达端口NATA的端口62000，但NATA却会拒绝这个连接请求，因为只有外出的连接才允许（进入）。在所有的尝试都失败之后，客户端B就只能借用服务器S来传递一个到客户端A的请求，请求一个“翻转”的连接到客户端B，而客户端A，在接受了这个通过服务器S转发的请求之后，将打开一个与客户端B通讯的TCP连接（在B的公网IP地址和端口号上）。NATA允许这个连接通过，因为这个连接起源于NATA的内部，并且同时客户端B能够受这个连接因为B并不位于NAT之后。当前很多p2p系统都使用了这种技术。它的主要限制在于：只能有一端位于NAT之后这个技术才能生效。然而当今真实的情况是，越来越多的客户端两端都处于NAT之后，那么这个方法就是不可行的。因为逆向连接不是一个通用的解决方案，所以在这里就不推荐使用了。应用程序可以选择尝试做逆向连接，但是有可能消息会被自动退回——如果另外一端的消息传递机制既不是“正向”也不是“逆向”连接的话。3.3UDP打洞技术第三种技术，也是这篇文章主要要研究的，就是非常有名的“UDP打洞技术”，UDP打洞技术依赖于由公共防火墙和coneNAT，允许适当的有计划的端对端应用程序通过NAT“打洞”，即使当双方的主机都处于NAT之后。这种技术在RFC3027的5.1节[NATPROT]中进行了重点介绍，并且在Internet[KEGEL]中进行了非正式的描叙，还应用到了最新的一些协议，例如[TEREDO,ICE]协议中。不过，我们要注意的是，“术”如其名，UDP打洞技术的可靠性全都要依赖于UDP。这里将考虑两种典型场景来介绍连接的双方应用程序如何按照计划的进行通信的，第一种场景：我们假设两个客户端都处于不同的NAT之后；第二种场景：我们假设两个客户端都处于同一个NAT之后，但是它们彼此都不知道(他们在同一个NAT中)。3.3.1处于不同NAT之后的客户端通信我们假设客户端A和客户B都拥有自