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畢業(yè)論文-基于stc12c5a16ad單片機(jī)與mq-3型氣體傳感器的酒精濃度探測(cè)儀設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧

2024-10-27 18:45 本頁(yè)面


【正文】 嚴(yán)格的生產(chǎn)車間,用這種酒精濃度探測(cè)儀,可隨時(shí)檢測(cè)車間內(nèi)的酒精氣體濃度,當(dāng)酒精氣體濃度高于允許限定值時(shí),發(fā)出警報(bào),提醒人們及時(shí)通風(fēng)換氣,做到安全生產(chǎn)。 本文主要研究工作 本文以 STC12C5A16AD 單片機(jī)為核心,設(shè)計(jì)了用于測(cè)量酒精濃度 的探測(cè)儀,主要研究工作包括以下 3個(gè)方面。 ( 1)硬件電路方面,對(duì)氣體傳感器 MQ3按檢測(cè)電路,接上一定阻值的負(fù)載電阻,檢測(cè)它的技 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 2頁(yè) 共 28 頁(yè) 術(shù)參數(shù),確定 MQ3 所接負(fù)載電阻的大小,完成信號(hào)采樣電路的設(shè)計(jì);采樣到的模擬電壓電信號(hào)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換,得到可供單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào),再由單片機(jī)作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理; lcd液晶顯示屏濃度值顯示。 ( 2)軟件方面,標(biāo)準(zhǔn)的確定是該部分要做的主要工作。因?yàn)樵嫉牟蓸又凳且粋€(gè)間接的負(fù)載分壓值,需要將它轉(zhuǎn)化為被測(cè)酒精濃度值。通過(guò)多個(gè)樣品的測(cè)量確定多個(gè)濃度區(qū)間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn),并將每個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系近似線 性化處理,然后通過(guò)軟件編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ( 3)為了盡量減少設(shè)計(jì)的氣體傳感器的測(cè)量誤差,在測(cè)量酒精溶液樣品時(shí)要考慮并解決 3 個(gè)主要問(wèn)題。一是外界環(huán)境流動(dòng)空氣對(duì)傳感器的影響和對(duì)氣體樣品的稀釋,二是樣品的穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量帶來(lái)的誤差,三是水蒸氣對(duì)測(cè)量的影響。針對(duì)這 3個(gè)主要問(wèn)題提出以下解決方案和驗(yàn)證方法。 測(cè)量樣品時(shí),將探頭盡量放入塑料瓶?jī)?nèi),可以在一定程度上消除流動(dòng)空氣的影響,同時(shí)應(yīng)選擇空氣流動(dòng)較小的室內(nèi)環(huán)境來(lái)測(cè)量。水蒸氣對(duì) MQ3 的影響很小,這一點(diǎn)可以通過(guò)對(duì)只裝有純凈水的塑料瓶的多次測(cè)量來(lái)驗(yàn)證。用相同容量的塑料瓶配制好 不同濃度的酒精溶液后,將它密封并放置一段時(shí)間,待其穩(wěn)定后再測(cè)量。再通過(guò)反復(fù)多次測(cè)量多組數(shù)據(jù),求其平均值的方法來(lái)縮小測(cè)量誤差。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 3頁(yè) 共 28 頁(yè) 第二章 元器件和開發(fā)工具介紹 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 圖 21 ADC0809芯片 主要特性 1) 8路 8位 A/ D轉(zhuǎn)換器,即分辨率 8位。 2)具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s 4)單個(gè)+ 5V電源供電 5)模擬輸入電壓范圍 0~+ 5V,不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6)工作溫度范圍為 40~+ 85攝氏度 7)低功耗,約 15mW。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是 CMOS單片型逐次逼近式 A/ D轉(zhuǎn)換器,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 21所示,它由 8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開關(guān)樹型 D/ A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此, ADC0809 可處理 8 路模擬量輸入,且有三態(tài)輸出能力,既可與各種微處理器相連,也可單獨(dú)工作。輸入輸出與 TTL兼容。 外部特性(引腳功能) 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 4頁(yè) 共 28 頁(yè) ADC0809芯片有 28條引腳,采用雙列直插式封裝,下面 說(shuō)明各引腳功能。 IN0~ IN7:8路模擬量輸入端。 21~ 28: 8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC: 3位地址輸入線,用于選通 8路模擬輸入中的一路。 ALE:地址鎖存允許信號(hào),輸入,高電平有效。 START: A/ D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào),輸入,高電平有效。 EOC: A/ D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),輸出,當(dāng) A/ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平) OE:數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào),輸入,高電平有效。當(dāng) A/ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),此端輸入 一個(gè)高電平,才能打開輸出三態(tài)門,輸出數(shù)字量。 CLK:時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 REF( +)、 REF( ):基準(zhǔn)電壓。 Vcc:電源,單一+ 5V。 GND:地。 ADC0809 的工作過(guò)程是:首先輸入 3 位地址,并使 ALE=1,將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/ D轉(zhuǎn)換,之后 EOC輸出信號(hào)變低,指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/ D轉(zhuǎn)換完成, EOC變?yōu)楦唠?平,指示 A/ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束,結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器,這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng) OE 輸入高電平 時(shí),輸出三態(tài)門打開,轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 紙張與頁(yè)面設(shè)置:( 1) A縱向、單面打印。( 2)頁(yè)邊距:上 、下 、內(nèi)側(cè) 3cm、外側(cè)2cm;( 3)裝訂線 0cm、頁(yè)眉 、頁(yè)腳 、對(duì)稱頁(yè)邊距。 頁(yè)眉:常州輕工職業(yè)技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì);頁(yè)腳:頁(yè)碼,右側(cè)。 單片機(jī) STC12C5A16AD PDIP40, STC12C5A16AD 圖 22 STC12C5A16AD 該單片機(jī)為 DIP40封裝,該單片機(jī)內(nèi)置 8位 A/D轉(zhuǎn)換器,可以將酒精傳感器輸出電壓轉(zhuǎn)變成數(shù)字量處理。外型管腳與 AT89S52等完全相同。 特點(diǎn): 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 5頁(yè) 共 28 頁(yè) 具有信號(hào)輸出指示。 雙路信號(hào)輸出(模擬量輸出及 TTL電平輸出) TTL輸出有效信號(hào)為低電平。(當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮,可直接接單片機(jī)) 模擬量輸出 0~5V電壓,濃度越高電壓越高。 對(duì)乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性。 具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 應(yīng)用:用于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),也 用于其他場(chǎng)所乙醇蒸汽的檢測(cè) 。 Protel 軟件介紹 電路設(shè)計(jì)軟件使用的是 Protel 99 SE。 Protel 99 SE是 ProklTechnology公司開發(fā)的基于 Windows環(huán)境下的電路板設(shè)計(jì)軟件。該軟件功能強(qiáng)大,人機(jī)界面友好,易學(xué)易用,仍然是大中院校電學(xué)專業(yè)必學(xué)課程,同時(shí)也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。 Protel 99 SE 由兩大部分組成:電路原理圖設(shè)計(jì)和多層印刷電路板設(shè)計(jì)。其中由兩部分組成:電路圖編輯器和元件庫(kù)編輯器。 一、電路圖編輯器( Schematic) ( 1)、概述 進(jìn)入 Design Protel 99 SE后在 Documents中通過(guò)右鍵 “New” 建立 “Document” 文件,打開后即可進(jìn)行電路原理圖的編輯。先按照已畫好的電路草圖將所有元件找到拖放到編輯框里。將編輯框縮小,將元件照電路的樣子搭好,整體上排列勻稱。接下來(lái)就可以進(jìn)行局部的連線了。或者可以先將電路的各個(gè)模塊先搭好,再通過(guò)框定各模塊平移組合成完整的電路,取消框定要通過(guò) Edit-﹥ DeSelect-﹥ Inside Area-﹥?cè)儆檬髽?biāo)框定以前選中的模塊,就可以解除,表現(xiàn)為模塊由黃色變成普通顏 色。對(duì)某個(gè)工程的操作是對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作,因此不同的數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)在不同的窗口中打開,通過(guò)最小化可看各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的窗口。 ( 2)、常用操作 調(diào)用畫圖工具 View-﹥ Toolbars-﹥ Customize。 在移動(dòng)元件時(shí)按空格可旋轉(zhuǎn)元件 。 一個(gè)工程數(shù)據(jù)庫(kù)中最好不要將所有文件都放在文件夾 Documents中 ,因?yàn)檫@樣會(huì)產(chǎn)生一些小問(wèn)題。而將文件直接放在數(shù)據(jù)庫(kù)根目錄下則不會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題。 二、元件庫(kù)編輯器( Schematic Library) ( 1)、概述 雖然 Protel 本身包含了龐大的元件庫(kù) ,但在實(shí)際應(yīng)用中總會(huì)遇到找不到元件的情況,這時(shí)就需要根據(jù)元件資料自己動(dòng)手在元件庫(kù)中制作這個(gè)元件。還有一種情況是各種元件分散在各個(gè)公司的元件庫(kù)中,不便于使用,所以要把常用元件集中到一個(gè)元件庫(kù)中,這就要自己動(dòng)手制作,將經(jīng)常用到的元件復(fù)制到這個(gè)元件庫(kù)中,方便以后的使用。 ( 2)、基本操作 元件庫(kù)文件( .LIB)也是基于數(shù)據(jù)庫(kù)文件( .DDB)下的操作,同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)下元件庫(kù)中的元件才可以通過(guò) Tools- ﹥ Copy Component 相互復(fù)制,不同數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)可先用右鍵的 copy將 整個(gè)元件庫(kù)復(fù)制到當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù),再在 該數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行單個(gè)元件的復(fù)制。在放置芯片引腳時(shí)大頭指的是引腳外側(cè),引腳名稱會(huì)嵌到芯片框里,引腳號(hào)在外側(cè)。 在畫芯片圖時(shí),如果用到畫線的功能,則應(yīng)將 View -﹥ Snap Grid 功能打開,可增加畫線時(shí)的定位精度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 6頁(yè) 共 28 頁(yè) 不同設(shè)計(jì)文件之間拷貝模塊時(shí),操作如下:先選中要拷貝的部分拷貝,鼠標(biāo)變成十字線后在選定的區(qū)域中間點(diǎn)擊左鍵,切換到另一個(gè)設(shè)計(jì)文件,粘貼即完成了操作。 KEIL 介紹 keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件,這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看 出。 Keil提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境( uVision)將這些部份組合在一起。運(yùn)行 Keil軟件需要 Pentium或以上的 CPU, 16MB或更多 RAM、 20M以上空閑的硬盤空間、 WIN9 NT、WIN20 WINXP等操作系統(tǒng)。 下面介紹 Keil C51開發(fā)系統(tǒng)基本知識(shí) Keil C51開發(fā)系統(tǒng)基本知識(shí) Keil C51是美國(guó) Keil Software公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比 , C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì),因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C來(lái)開發(fā),體會(huì)更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具,全 Windows界面。另外重要的一點(diǎn),只要看一下編譯后生成的匯編代碼,就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高,多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊,容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹 Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 C51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) C51工具包的整體 結(jié)構(gòu),其中 uVision與 Ishell分別是 C51 for Windows和 for Dos的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE),可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C或匯編源文件。然后分別由 C51及 A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。目標(biāo)文件可由 LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件,也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件 (.ABS)。ABS文件由 OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex文件,以供調(diào)試器 dScope51或 tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試,也可由仿真器使用直 接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試,也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM中。 Keil仿真器時(shí),注意事項(xiàng) ( 1) 仿真器標(biāo)配 ,但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。 ( 2) 仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片,不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。 ( 3) 仿真芯片的 31 腳( /EA)已接至高電平,所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi) ROM,不能使用片外ROM;但仿真器外引插針中的 31 腳并不與仿真芯片的 31 腳相連,故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部 ROM(其 CPU的 /EA引腳接至低電平)的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。 ProtuesISIS 介紹 Proteus是英國(guó) Labcenter electronics公司開發(fā)的 EDA工具軟件。除了其具有和其他 EDA工具一樣的原理圖 . PCB 自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外,其中一個(gè)重要的功能是,電路仿真是互動(dòng)的,針對(duì)微處理器的應(yīng)用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試。 Proteus 組合了高級(jí)原理圖、混合模式 SPICE 仿真, PCB 設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 一、 Proteus簡(jiǎn)介 Proteus 產(chǎn)品系列包含了 VSM 技術(shù) ,用戶口可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 LED/、 RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 7頁(yè) 共 28 頁(yè) 交互仿真。其功能模塊有一個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的 ISIS 原理布圖工具, PROSPICE 混合模型 SPICE仿真, PCB設(shè)計(jì)。 軟件具有以下特點(diǎn)。 (1)支持許多通用的微控制器,如 ARM7, PIC, AVR, HC11以及 8051。 (2)交互的裝置模型包括: LED和 LCD顯示, RS232終端,通用鍵盤,開關(guān),按鈕等。 (3)強(qiáng)大的調(diào)試功能,知訪問(wèn)寄存器與內(nèi)存 ,設(shè)置斷點(diǎn)和單步運(yùn)行模式。 (4)支持如 IAR.
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