【正文】 2H和PT電極組成的氣體傳感器；三類：材料中吸附由待測氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動離子以及材料中的固定離子都不相同的傳感器。由于還原性氣體時候容易給出電子，使得N型半導(dǎo)體中電子數(shù)目增大，載流子增加，電阻降低；當(dāng)它遇到氧化性氣體（如O2）時，由于氧化性氣體容易奪取電子，使得N型半導(dǎo)體中電子數(shù)目減少，載流子減少，電阻增大【7】。⑥吸附過程本身比較復(fù)雜，既有物理型吸附，又有化學(xué)型吸附等。②為了改善元件的選擇性和靈敏度，一般往金屬氧化物中添加催化劑，為提高元件強(qiáng)度還需要添加粘合劑。通常根據(jù)氣敏特性來分類，主要分為：半導(dǎo)體氣敏傳感器、固體電解質(zhì)氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器、電化學(xué)式氣敏傳感器、光學(xué)式氣敏傳感器、高分子氣敏傳感器、導(dǎo)熱式傳感器等，下面是幾種目前技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的氣敏傳感器[5]。 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)7805集成穩(wěn)壓器典型應(yīng)用電路圖如圖 所示：電容C1用于抵消輸入線較長時的電感效應(yīng)，防止電路產(chǎn)生自激振蕩，容量取值一般小于1μF；電容C0用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，其容值可大于或小于1μF。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元[4]。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。時鐘頻率用6MHZ時C取22μF，R取10KΩ。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號[4]。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇12MHZ，電容選擇65PF。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。1位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長處。 特殊功能寄存器AT89C51共有21個，用于對片內(nèi)的各功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。 數(shù)據(jù)存儲器AT89C51片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64K字節(jié)，用來存儲程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。其系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)，本設(shè)計亦選擇AT89C51進(jìn)行匯編語言的編寫。第三代單片機(jī)包括了INTEL公司發(fā)展MCS51系列的新一代產(chǎn)品，如8ｘC15AT89C51FA/FB﹑AT89C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452，還包括了PHILIPS﹑SIEMENS﹑ADM、FUJUTSU﹑OKI﹑HARRIAMETRA﹑ATMEL等公司以AT89C51為核心推出的大量各具特色﹑與AT89C51兼容的單片機(jī)。從技術(shù)的角度看，在現(xiàn)有方案中加入專用的語音處理芯片(如AC48105)，從而實(shí)現(xiàn)語音功能，并不是非常復(fù)雜，但是這樣會使原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上變得不夠精簡，且導(dǎo)致性價比下降。這種半導(dǎo)體在不同工作溫度時，對不同的氣體敏感程度是不同的，因此半導(dǎo)體型呼氣酒精測試儀中都采用加熱元件，把傳感器加熱到一定的溫度，在該溫度下，該傳感器對酒精具有最高的敏感度。燃料電池是當(dāng)前全世界都在廣泛研究的環(huán)保型能源，它可以直接把可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)變成電能，而不產(chǎn)生污染?？梢詫怏w中酒精含量進(jìn)行檢測的設(shè)備有五種基本類型，分別是： 燃料電池型（電化學(xué)）、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型[1]。綜上經(jīng)過各章節(jié)的有序銜接從而本設(shè)計得以實(shí)現(xiàn)。第2章是則包含各個模塊進(jìn)行了電路測試到最后設(shè)計出總體電路圖的整個設(shè)計過程。其可監(jiān)測出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值，對超過的閾值進(jìn)行聲光報警，來提示危害。為此，需要設(shè)計一智能儀器能夠監(jiān)測駕駛員體內(nèi)酒精含量。此外，也可應(yīng)用于食品加工、釀酒等需要監(jiān)控空氣中酒精濃度的場合。關(guān)鍵字：便攜式；酒精濃度；單片機(jī)ABSTRACTIn this paper,a microcontrollerbased portable monitor alcohol concentration of the design process. The product can be sound and light alarm signals to prompt the driver whether the excessive drinking,not suitable for driving， aimed at reducing traffic accidents,with a certain degree of market prospects and practical value. AT89C51 singlechip design selected as the system control chip,the use of alcohol MQ3 gas sensors for the detection of gas concentrations using ADC0809 analogtodigital conversion to and through the concentration of 12864 to show the liquid crystal display. At the same time,part of the design of the keyboard to control for different people for different input threshold,when the concentration exceeds the threshold value， to a silent alarm signal light. Part of modular software design thought,the use of assembly language programming,the characteristics of the detector hardware structure is simple and efficient software design and higher cost performance.Keywords: Portable。該產(chǎn)品可通過聲光報警信號來提示駕駛員是否飲酒過度，不適合開車，旨在減少交通事故的發(fā)生，具有一定的市場前景和實(shí)用價值。設(shè)計中選用AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)主控芯片，采用MQ3氣敏傳感器進(jìn)行酒精氣體濃度的檢測，利用ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后并通過12864液晶顯示器進(jìn)行濃度顯示。 alcohol concentration。由此可見，酒精濃度檢測器具有巨大的潛在用戶群，市場前景十分廣闊。目前全世界絕大多數(shù)國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場檢測，以確定被測量者體內(nèi)酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財產(chǎn)安全。本課題采用MQ3氣敏傳感器，AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)空氣酒精濃度實(shí)時測量，通過LCD顯示屏進(jìn)行顯示。其中對電源電路的設(shè)計比較簡單，而對LCD液晶顯示模塊及鍵控模塊做了比較詳細(xì)的設(shè)計介紹。第1章 方案設(shè)計與論證本課題研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主，監(jiān)測空氣酒精濃度，并具有聲光報警功能及LCD顯示功能的空氣酒精濃度監(jiān)測儀。由于價格和使用是否方便等因素所決定，目前普遍使用的只有燃料電池型（電化學(xué)型）和半導(dǎo)體型二種。作為酒精傳感器只是燃料電池的一個分支。本設(shè)計中經(jīng)過比較后采用MQ3型氣敏傳感器是由微型A12O3 陶瓷管和SNO2 敏感層、測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內(nèi)，而加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。如果選用的單片機(jī)本就方便地處理語音信號，那么實(shí)現(xiàn)語音功能就將變得相對簡單。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)MICROCOMPUTER完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/D、PWM、PCA(可編程計數(shù)器陣列)、WDT(監(jiān)視定時器)、高速I/O口、計數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。硬件設(shè)計時，考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，而且傳感器輸出的是05伏的電壓值且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。被測環(huán)境氣敏傳感器A\D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)主控模塊LCD顯示聲光報警電路8279接口芯片鍵盤 系統(tǒng)總體方案框圖第2章 硬件電路設(shè)計 主控模塊設(shè)計AT89C51單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定時/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計相應(yīng)的電路。 程序存儲器由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴(kuò)至64K字節(jié)。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。MCS51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的突破，也是MCS51單片機(jī)在設(shè)計的精美之處[3]。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTALXTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。時鐘頻率選用6MHZ時，C取22μF，R1取200Ω，R2取10KΩ。其應(yīng)用特點(diǎn)：（1）有可供用戶使用的大量I/O口線。但若C0容值較大，一旦7805輸入端斷開，C0將從7805的輸出端向其放電，極易導(dǎo)致7805的損壞，為此在集成穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，可起到正向?qū)?，箔位電壓的保護(hù)作用。(1)半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器應(yīng)用最為廣泛，它主要是以氧化物半導(dǎo)體作為基本材料，使氣體吸附在該半導(dǎo)體表面，利用由此而產(chǎn)生的電導(dǎo)率變化現(xiàn)象而制作的器件。③利用的是物質(zhì)的表面。人們通過長期的基礎(chǔ)研究，將這些非常復(fù)雜的因素影響的氣敏現(xiàn)象，歸納成四種模式，即整體原子價控制理論、能級生成理論、表面電荷層理論、接觸粒界位壘理論，分別從不同角度來解釋不同類型半導(dǎo)體傳感器的工作原理。P型半導(dǎo)體傳感器中多數(shù)載流子是空穴，遇到還原性氣體時，由于還原性氣體容易給出電子，中和了部分空穴，載流子減少，電阻增大；當(dāng)它遇到氧化性氣體時，由于氧化性氣體容易奪取電子，使得空穴數(shù)目增加，載流子增加，電阻減少。目前開發(fā)的高質(zhì)量固體傳感器絕大多數(shù)屬于第三類。日本三菱株式會社生產(chǎn)的在線監(jiān)測儀就是用這種傳感器檢測可燃?xì)怏w的，北京電科院研制的變壓器油中溶解氫氣在線監(jiān)測儀也用了這種傳感器。電量式氣體傳感器是通過被測氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來檢測氣體的濃度。目前的最新動向是研制開發(fā)流體切換式、流程直接測定式和傅立葉變換式在線紅外分析儀。高分子氣敏材料由于具有易于操作性，工藝簡單，常溫選擇性好，價格低廉，易于與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性氣體和食品保鮮度等方面檢測具有重要作用。這種傳感器的氣敏條件是待測氣體與環(huán)境氣體（空氣）的熱導(dǎo)系數(shù)有很大的差別，一些和空氣熱導(dǎo)系數(shù)相近的氣體（CO、NO2等）就無法測量。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。加熱電壓UH為5V。 氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)圖與符號圖 、外界溫度之間的關(guān)系，它是由塑料底座、電極引線、氣敏元件、加熱器、雙層不銹鋼網(wǎng)（防爆用）組成，一般情況下，它的引線是6個，其中兩個A及兩個B各自相連后成為氣敏元件的引線，H兩端為加熱器引線，H接加熱電壓5V，A或者B接回路電壓5V，它們之間為氣敏電阻；，圖中給出了不同氣體不同濃度時RS/R0值的變化規(guī)律。IN0~IN7為模擬量輸入通道。START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清0。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。OUTPUT ENABLE為輸出允許信號，用 ADC0809引腳圖于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。經(jīng)或非門后送給轉(zhuǎn)換啟動信號START和地址鎖存信號ALE，另一方面同讀控制信號RD一 起，經(jīng)或非門后送給轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許信號OUTPUT ENABLE，因此啟動A/D轉(zhuǎn)換需完成寫操作，轉(zhuǎn)化結(jié)束取轉(zhuǎn)換結(jié)果時需完成讀操作。此外，酒精濃度監(jiān)測儀的閾值濃度的設(shè)置是由鍵盤輸人的，因此需有一個鍵盤/顯示器接口電路。非編碼鍵盤不含編碼器，當(dāng)某鍵被按下時，鍵盤只能送出一個簡單的閉合信號，對應(yīng)的按鍵代碼的確定必須借助于軟件來完成。： 鍵控模塊硬件連接圖由上圖可知，當(dāng)A0為低電平時，輸入/輸出信號中斷請求信號IRQ經(jīng)非門與89C51外部中斷0（INT0）相連，當(dāng)IRQ為高電89C51發(fā)出中斷請求信號；外時鐘輸入端CLK與89C51的地址允許鎖存信號連；讀、寫選通信號RD、WD分別與89C51的讀、寫選通信號相連，低電平的回送輸入線接鍵盤列線，由38譯碼器對SL0~SL2譯出鍵掃描線和顯示器的位掃描線通過總線送到顯示器中。可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī):8—位并行及串行兩種連接方式。通過液晶模塊可以直觀的看出當(dāng)前的濃度值以及前面通過8279設(shè)定的閾值，便于靈活糾錯，是整個設(shè)置更直觀更方便。在確定了操作后通過數(shù)據(jù)采集芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并與由鍵盤設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，而后由報警系統(tǒng)處理，最后得出結(jié)論。然后把采集的結(jié)果存入3FH單元，最后調(diào)用3F單元中的內(nèi)容進(jìn)而求得被測的酒精濃度值。=0，并指向通道0 MOVX DPTR，