【正文】 第1415周：完成并提交論文，對論文進行修改定稿。確定方案，完成開題報告。氣體傳感器遇到酒精氣體后，阻值發(fā)生變化，所要測的電壓發(fā)生相應的變化?？蛇x擇點狀顯示也可選擇條狀顯示。1個全雙工串行通信端口。芯片內(nèi)部有時鐘振蕩器，只讀存儲器為4K字節(jié)，外部可擴充至64K字節(jié)，128字節(jié)的隨機存儲器，外部可擴充至64K字節(jié)。基本內(nèi)容和技術方案敏感部分由二氧化錫的N型半導體微晶燒結(jié)層構成的MQ3型氣敏傳感器，當其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導電電子比例就會發(fā)生變化，從而其表面電阻會隨著被測氣體的濃度的變化而變化。單片機在整個傳感器中起操作和相應數(shù)據(jù)處理并送顯示的作用，是傳感器的核心部分。目前，所設計的該類傳感器多選用以二氧化錫為基本材料，添加不同物質(zhì)制成的氣敏傳感器。當然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機一進入車內(nèi)檢測儀就檢測司機的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無法啟動，這樣就可從根本上解決酒后駕車問題。傳感器應用廣泛，在各個領域都有著舉足輕重的作用，所以傳感器不斷向高精度，高可靠性，微型化，微功耗無源化和智能化數(shù)字化發(fā)展，以便更好的服務于我們的生產(chǎn)和生活。用protel繪制其原理圖，完成整體電路的安裝與調(diào)試，并對實驗結(jié)果進行分析。本學位論文屬于保密囗，在 年解密后適用本授權書不保密囗 。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。（請在以上相應方框內(nèi)打“√”）作者簽名： 年 月 日導師簽名： 年 月 日武漢理工大學本科生畢業(yè)設計（論文）任務書學生姓名 黃制兵 專業(yè)班級 電子信息科學與技術0502指導教師 徐曉英 易迎彥 工作單位 理學院物理系設計（論文）題目：基于AT89S51單片機酒精濃度探測儀的設計與實現(xiàn)設計（論文）主要內(nèi)容：要求設計并實現(xiàn)一個基于AT89S51單片機的酒精濃度探測儀系統(tǒng)，其中酒精傳感器采用MQ3型，利用該傳感器將酒精氣體濃度信號轉(zhuǎn)化為電信號，選擇適當?shù)姆糯笃鞣糯笃潆妷盒盘?，?qū)動發(fā)光二極管顯示酒精濃度的高度，同時利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號進行轉(zhuǎn)化，并由單片機控制，最后用數(shù)碼管顯示。完成不少于5000字的英文文獻翻譯。氣體與人類的日常生活密切相關，檢測氣體是保護和改善我們居住環(huán)境的必要工作，要檢測氣體就少不了用到氣體傳感器。酒精濃度探測儀在生產(chǎn)中也有重要的應用，比如，在一些環(huán)境要求嚴格的生產(chǎn)車間，用這種酒精濃度探測儀，可隨時檢測車間內(nèi)的酒精氣體濃度，當酒精氣體濃度高于允許限定值時要及時通風換氣，做到安全生產(chǎn)。本設計所選用的MQ3氣敏傳感器的敏感部分是由二氧化錫的N型半導體微晶燒結(jié)層構成，靈敏度高，響應速度快，可靠性好。目前，氣敏傳感器已有較高的精度，可達萬分之一以上。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。32條雙向輸入輸出線，每條均可以單獨做I/O的控制。選用的開發(fā)平臺為MedWin單片機集成開發(fā)環(huán)境。ADC0809為8路8位的A/D轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換起停控制端，轉(zhuǎn)換時間為100μs，模擬輸入電壓值范圍是0～+5V，+5V電壓供電。變化的電壓值送LM3914放大比較，驅(qū)動相應的發(fā)光二極管發(fā)光，顯示酒精濃度的高低。第46周：畫出流程圖，編寫程序。第16周：完成并修改畢業(yè)論文。論文主要研究了（1）硬件方面，MQ3氣體傳感器技術參數(shù)的檢測和將它接入到酒精濃度檢測模塊中；將模擬電壓信號放大驅(qū)動發(fā)光二極管點亮報警；將采集到的模擬電壓信號通過單片機控制經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字電壓信號；用于顯示濃度的數(shù)碼管顯示模塊。并且在檢測低濃度酒精時誤差較小，%滿足設計要求。設計的傳感器可以檢測不同濃度的酒精氣體，改進之后對解決酒后駕車事故和特殊場合酒精檢測都可以使用。 displaying the concentration in the digital tube display module.(2)In the Software, linear conversion between the concentration of the alcohol and the voltage and the digital display of the final concentration value.(3) The designed sensor is calibrated. The design of gas sensor is responsive to the alcohol, can measure concentration in the effective range of its concentration. And in the low concentration of alcohol in the test the error is small with the maximum error %, meeting requirements of the design. The characteristics of the thesis are to determine the standard. The solutions and verification methods are proposed about the flow of air samples, the sample stability and water vapor. The conversion between voltage and concentration in different range is treated as linear relationship. The design of sensor can detect different the alcohol gas with different concentration. It plays an important role to solve the drunkdriving accidents and alcohol testing for special occasions after improvement.Key Words: Gas sensor, A/D conversion, Singlechip Microputer1 緒論 設計背景 我國傳感器市場的增長率超過15%，2003年銷售額為186億元人民幣，2006年銷售額為283億元人民幣，預計2007年為325億元人民幣，2008年為374億元人民幣。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測出來，并轉(zhuǎn)化為電信號的一類器件，用來對有害氣體，易燃易爆氣體等進行安全檢測和報警，對生產(chǎn)生活中需要了解的氣體進行檢測，分析，研究等。由于元件電阻和靈敏度隨時間而不斷變化，漂移大給檢測結(jié)果的可靠性帶來不穩(wěn)定的因素。摻有催化劑的氣敏元件接觸某些氣體后，活性組分被毒化，將會改變元件的選擇性，降低其敏感度和穩(wěn)定性，另外催化劑本身也存在著不穩(wěn)定性問題。用金屬氧化敏感材料制作的半導體式氣敏元件具有靈敏度高，結(jié)構簡單，體小質(zhì)輕，堅固耐用等優(yōu)點而得到廣泛的應用，目前仍以SnO2材料為主[3]。盡管SnO2基傳感材料具有許多優(yōu)點，作為材料也存在一定缺點。納米固體材料具有龐大的界面，提供了大量氣體通道，從而大大提高了靈敏度，工作溫度大大降低，大大縮小了傳感器的尺寸。氣敏傳感器工作時，加熱器通電加熱，若無被檢氣體侵入時，氣敏元件的阻值基本不變當氣敏元件表面產(chǎn)生吸附作用，其阻值將隨氣體濃度的變化變化。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應錯誤率顯著增加，‰增至1‰，發(fā)生車禍的可能性便增加5倍，‰，可能性再增加6倍。當然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機一進入車內(nèi)檢測儀就檢測司機的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無法啟動，這樣就可從根本上解決酒后駕車問題。（2）軟件方面，標準的確定是該部分要做的主要工作。一是外界環(huán)境流動空氣對傳感器的影響和對氣體樣品的稀釋，二是樣品的穩(wěn)定性對測量帶來的誤差，三是水蒸氣對測量的影響。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間，待其穩(wěn)定后再測量。進行這方面的工作，可參考國內(nèi)外有關資料，看是否有人進行過類似的工作。工作的重點應放在該項目的技術難度上，此時可參考這一方面更詳細、更具體的資料，根據(jù)系統(tǒng)的不同部分和要實現(xiàn)的功能，參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的性能，提出合理而可行的技術指標，編寫出設計任務書，從而完成系統(tǒng)總體方案設計。在確定軟硬件功能的基礎上，設計者的工作就開始涉及到具體的問題，如儀器的體積及與具體技術指標相對應的硬件實現(xiàn)方案，軟件的總體規(guī)劃等。由于單片機在執(zhí)行程序時人工是無法控制的，為了能夠調(diào)試程序，檢查硬件、軟件運行情況，這就需要借助某種開發(fā)工具模擬用戶實際的單片機，并且能隨時觀察運行的中間過程而不改變運行中有的數(shù)據(jù)性能和結(jié)果，從而進行模擬現(xiàn)場的真實調(diào)試。報警模塊是對設定值提供報警功能，該功能用發(fā)光二極管顯示。（2）CO和H2氣敏傳感器。毒性氣體傳感器又稱為環(huán)境有毒有害氣體傳感器，主要用于檢測煙氣、尾氣、廢氣等環(huán)境污染氣體，雖然SnO2氣敏傳感器對CO，H2S等有毒有害氣體敏感，但應用最多的仍是電解式化學傳感器。（3）配有人機接口軟件的中心監(jiān)測和控制系統(tǒng)。 MQ3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物（二氧化錫）的N型半導體微晶燒結(jié)層構成。圖3 MQ3靈敏度特性曲線檢測電路如圖4所示，當電源開關S斷開時，傳感器加熱電流為零，實測A，B之間電阻大于20MΩ。移開小瓶過1分鐘左右后，A，B之間電阻恢復至大于120KΩ。MQ3的加熱電阻兩端即H引腳接至+5V直流穩(wěn)壓電源，用于電阻絲對敏感體電阻的加熱。MQ3型氣敏傳感器與電位器串聯(lián)構成分壓電路，采樣點為電位器的分壓。當氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時，對應的電位器的分壓值也會發(fā)生相應的變化，即一個電壓值對應著一個被測酒精氣體濃度。應為實驗所用的MQ3在預熱5到10分鐘后，它的敏感體電阻只有120KΩ，所以負載電阻選用兩個270Ω并聯(lián)，構成采樣部分的分壓電阻。AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4K的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。AT89S51芯片有40條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖6所示。XTAL1：輸入到單片機內(nèi)部振蕩器的反相放大器。P1口：8位、準雙向I/O口。P3口：8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路，提供各種替代功能。/VCC：片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。單片機最小系統(tǒng)的設計包括電源，晶振和復位電路三個部分。對于電源部分，～。如圖8所示，石英晶體及電容C1和C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)諧振電路。10pF，使用陶瓷諧振器推薦電容容量為40pF177。復位是單片機的初始化操作，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，可以按復位鍵以重新啟動，所以復位電路的設計很有必要。圖7 AT89S51單片機最小系統(tǒng)設計電路ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構如圖8所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。下面說明各引腳功能。如表1所示。 　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。 　　REF（+）、REF（）：基準電壓。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。當OE輸入高電平 時，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。ALE端信號的頻率是單片機時鐘頻率的1/6。由于ALE和START連在一起，ADC0809在鎖存通道地址的同時啟動A/D轉(zhuǎn)換。用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片寫入數(shù)據(jù)的寫信號。把模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的A2﹑A1﹑A0端分別用導線連接到地址鎖存器的低三位，用于選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道。圖10 ADC0809與單片機AT89S51接口電路 發(fā)光二極管顯示報警電路發(fā)光二極管集成驅(qū)動芯片LM3914的管腳圖如圖11所示。同理，要使LED2發(fā)光，*2=；要使LED10發(fā)光，*10=。當檢測到酒精氣味時，氣敏傳感器的AB間電阻變小，LM3914的5端電位升高，通過比較放大，驅(qū)動發(fā)光二極管依次發(fā)光，從而區(qū)分出酒精含量的