三电极血液酒精测试仪设计

作     者：苑恒 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐军明;胡晓萍

授予年度：2014年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0838[工学-公安技术] 0703[理学-化学] 

主      题：生物酶传感器 恒电位仪 差分放大电路 μc/OS-Ⅱ 

摘      要：交警部门广泛采用血液中酒精浓度(Blood Alcohol Concentration, BAC)作为酒后驾驶和醉酒驾驶的判断依据。检测BAC的主要设备为气相色谱仪,该设备存在价格昂贵、检测时间长、体积大的缺点,不适用于现场测试。目前常用的现场酒精检测仪器是呼气式酒精测试仪,其测试精度低、受环境因素影响大。设计一种快速、高精度的可用于现场测试的血酒精浓度测试仪具有实际意义。基于三电极血酒精传感器,论文设计了一种便携式酒精浓度测试仪。 酒精测试仪的工作原理是基于电流值和酒精浓度在一定范围内存在着线性关系,通过测量电流的值,计算出对应的血酒精浓度。酒精浓度的测量采用的是三电极生物酶传感器。三电极包括对电极(counter electrode)、工作电极(work electrode)、参比电极(reference el ectrode)。测试过程是通过外部电路使参比电极和工作电极之间保持一个恒定电压,在工作电极和对电极之间则会产生对应的微电流。因此在硬件电路实现方面需要设计一个保持电位恒定的恒电位电路和测量微电流的电路。恒电位电路以高精密仪器运放为核心器件,用深度电压负反馈实现对电压的稳定控制。微电流测量的方法是先将其转换为电压,然后进行滤波放大,最后测量出对应的电压,计算出相应的电流。整个测试仪以STM32微控制器作为主芯片,具有低功耗、可靠性高等特点。 在软件设计方面,论文以μc/OS-Ⅱ为平台进行开发。首先在STM32上移植μc/OS-Ⅱ操作系统,然后基于μc/OS-Ⅱ设计多任务软件。软件包含控制测试电压的产生、AD采样、控制显示等功能。测试电压可根据不同的测试要求进行更改,电压是通过控制DA器件产生的。AD采样主要处理工作电极中产生的电流信号,通过单片机处理后将其转换成酒精浓度并进行显示,显示任务驱动屏幕进行浓度的显示。 实验结果表明恒电位仪电路可以控制电位的稳定,误差小于1mv,电压输出范围在-3.3V到3.3V之间。’微电流测试电路测量电流的下限达到0.01μA。测试仪可以准确检测出0～10.00mmol/L的血酒精浓度。