本文關鍵詞：基于近紅外光譜的血液酒精含量無損檢測系統(tǒng)設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由汽車引發(fā)的交通事故對人類的財產(chǎn)和生命帶來了嚴重的影響,其中酒后駕駛發(fā)生交通事故的概率約是非酒后駕駛的16倍。因此駕駛員酒后駕駛的檢測與預防越來越受到各國的重視。目前國內(nèi)外交警應用的檢測工具主要是呼吸式酒精檢測儀與抽血式檢測儀。呼吸式檢測儀是利用體內(nèi)血液循環(huán)到肺部的時候,儀器按照本身設置的空氣酒精濃度和血液酒精濃度的換算比例系數(shù)來測量的,存在檢測精度的問題；抽血式檢驗為創(chuàng)傷檢測方式,存在時差問題。近紅外作為快速、無創(chuàng)、精確地一種檢測方式已廣泛應用于人體組織化學成分檢測,就檢測血液酒精體積分數(shù)而言,與酒駕常用檢測方式相比具有不可替代的優(yōu)勢。本文主要是基于近紅外光譜技術設計了駕駛員血液酒精體積分數(shù)的檢測系統(tǒng)。 文章分析了光在組織中的傳播方式、光與組織的相互作用以及光學參數(shù)。基于朗伯比爾定律用公式推導證明了脈動理論檢測血液酒精體積分數(shù)是可行的,確定了光吸收定律中光程校正因子B的可確定性。此外論文還選取了具有豐富微動脈血管網(wǎng)的手指前端作為檢測部位,檢測方式是光由指端的背部入射。 透射光經(jīng)制冷銦鎵砷探測器接收后轉(zhuǎn)換為微弱的電信號,因此信號在后續(xù)的處理過程中極易被干擾與淹沒,本文基于近紅外(near-infrared, NIR)光譜,提出了一種血液酒精的檢測方法,并設計了一種低噪聲、低漂移、高精度的前置預放大電路,該電路用于準確檢測血液中酒精的體積分數(shù)。在本設計電路中的電流電壓轉(zhuǎn)化部分,選擇使用兩種電路對比的方法,通過Multisim電路仿真軟件模擬來比較電路的漂移和誤差,同時利用Matlab進行數(shù)據(jù)處理；預放大電路部分利用高共模抑制比的AD620設計了差分放大電路來提高電路的共模抑制比(common mode rejection ratio, CMRR)。結果表明,使用對稱補償型低溫漂電流電壓變換電路,能夠很好的抑制漂移降低系統(tǒng)誤差,與常用的OP07電流電壓轉(zhuǎn)換電路相比,誤差可降低約2%,漂移可降低約97%,為微弱信號的處理提供了依據(jù)。本系統(tǒng)設計了截止頻率為0.3-10Hz的帶通濾波器,它主要是用于降低檢測過程中工頻信號的干擾。主放大電路部分采用對比方法,選用OP07運算放大器將信號放大100倍,放大后的電壓可滿足單片機電信號的輸入。電路除自身降噪之外,其它外界噪聲特別是工頻噪聲可能會淹沒有效信號,因此在后續(xù)電路中可以添加工頻陷波器或設計一窄帶帶通濾波器進行濾波處理,此外,對整體電路進行隔離也能有效的降低外界的干擾。 最后,數(shù)字電路部分基于新一代8051單片機STC12C5A60S2/AD/PWM系列設計了外圍采集電路,STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機具有高速、低功耗、超強抗干擾的特性,內(nèi)含有A/D轉(zhuǎn)換功能。系統(tǒng)串口輸出電路是基于電平轉(zhuǎn)換芯片STC232組成的電路,本系統(tǒng)串口通訊為11.0952MHz,因此設置的波特率為9600bps。
【關鍵詞】：近紅外光譜 醉酒駕駛 檢測系統(tǒng) 設計
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP274;U492.8
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-19
• 1.1 駕駛員酒精檢測的背景與意義13-15
• 1.2 近紅外光譜檢測的發(fā)展15-16
• 1.3 論文的主要結構安排16-19
• 第2章 生物組織中光的傳輸和特征參數(shù)19-25
• 2.1 皮膚組織的結構特點19-20
• 2.2 光與組織的相互作用20-22
• 2.2.1 光的吸收特性20-21
• 2.2.2 光的散射特性21-22
• 2.3 皮膚組織的光學參數(shù)22-23
• 2.4 本章小結23-25
• 第3章 血液酒精含量檢測理論分析25-35
• 3.1 人體血液酒精濃度檢測理論25-27
• 3.1.1 Lambert-beer定律的發(fā)展25-26
• 3.1.2 修正Lambert-beer定律26-27
• 3.2 酒精信號脈動檢測原理27-31
• 3.2.1 脈動信號簡介27-29
• 3.2.2 脈動檢測去除個體差異的影響29
• 3.2.3 檢測原理29-31
• 3.3 檢測部位選擇與組織模型31-32
• 3.4 本章小結32-35
• 第4章 酒精信號檢測系統(tǒng)整體設計35-45
• 4.1 系統(tǒng)設計的整體方案35-36
• 4.2 光路設計36-41
• 4.2.1 光源與光電傳感器36-38
• 4.2.2 分光方式與單色儀38-41
• 4.3 信號放大與濾波41-42
• 4.4 本章小結42-45
• 第5章 酒精信號檢測系統(tǒng)電路設計45-69
• 5.1 電流電壓轉(zhuǎn)換電路設計45-48
• 5.2 預放大電路設計48-54
• 5.2.1 誤差比較51-52
• 5.2.2 漂移比較52-54
• 5.3 信號的濾波電路設計54-60
• 5.4 主放大電路設計60-62
• 5.5 數(shù)字電路設計62-66
• 5.5.1 STC12C5A60S2系列單片機63
• 5.5.2 采集電路設計63-66
• 5.6 本章小結66-69
• 總結與展望69-73
• 總結69-70
• 展望70-73
• 參考文獻73-77
• 附錄1 STC12C5A60S2單片機采集傳送主要程序77-79
• 攻讀碩士期間的成果79-81
• 致謝81-82
• 學位論文評閱及答辯情況表82

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：基于近紅外光譜的血液酒精含量無損檢測系統(tǒng)設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：353895