【正文】 轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。如表 1 所示 。下面說明各引腳功能。 17 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 轉換器，內部結構如圖 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。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。10pF ，使用陶瓷諧振器推薦電容容量為 40pF177。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。 對于電源部分，技術資料中性能參數(shù)里給出的標準工作電壓是 ～ 。 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。 EA /VCC：片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。 P3 口： 8位、準雙向 I/O 口，具有內部上拉電路，提供各種替代功能。 P1 口： 8位、準雙向 I/O 口。 XTAL1：輸入到單片機內部振蕩器的反相放大器。 AT89S51 芯片有 40 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 6所示。 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8位單片機，片內含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。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。 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。 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。 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。移開小瓶過 1 分鐘左右后， A， B 之間電阻恢復至大于 120KΩ 。 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 。 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 型半導體微晶燒結層構成。 （ 4）在一些應用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。 傳感器的分類方式有很多種，以上是根據(jù)被檢測氣體的性質進行的分類，也有根據(jù) 元件的物理特性進行分類的。 CO 氣敏元件可用于工業(yè)生 產(chǎn)、環(huán)保、汽車、家庭等 CO 泄露和不完全燃燒檢測報警； H2氣敏元件除應用于工業(yè)等領域外，主要用于家庭管道煤氣泄露報警。根據(jù)各功能模塊的設計，可得到它的 系統(tǒng)總框圖，如圖 1所示。 硬件系統(tǒng)框圖 基于 AT89S51 單片機用 MQ3 型氣體傳感器實現(xiàn)酒精氣體濃度的檢測，需要信號采集模塊用于對酒精濃度信號的采集，該信號是通過 MQ3 氣體傳感器和負載電壓得到分壓電信號。在確定人員分工、安排工作進度、規(guī)定接口參數(shù)后，就比須考慮硬件軟件的具體問題了。 (3)設計方案細化，確定軟硬件功能。如果有，則可分析他人是如何進行這方面工作 的，有什么有點和缺點，有什么值得借鑒的；如果沒有，則需要作進一步的調研，此時的重點應放在能否實現(xiàn)這個環(huán)節(jié)，首先從理論上進行分析，探討實現(xiàn)的可能性，所需求的客觀條件是否具備，然后結合實際情況，再決定能否立項的問題。再通過反復多次測量多組數(shù)據(jù)，求其平均值的方法來縮小測量誤差。針對 9 這 3 個主要問題提出以下解決方案和驗證方法。因為原始的采樣值是一個間接的負載分壓值，需要將它轉 化為被測酒精濃度值。 酒精氣體濃度探測儀在生產(chǎn)生活中也有重要的應用，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，可隨時檢測車間內的酒精氣體濃度，當酒精氣體濃度高于允許限定值時，發(fā)出警報，提醒人們及時通風換氣，做到安全生產(chǎn)。 機動車駕駛人員“酒后駕車” 及“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故 , 嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。當被檢氣體濃度增大到一定值時，氣敏元件的阻值將隨之下降到某一值，使電壓比較器的狀態(tài)發(fā)生變化，輸出控制信號經(jīng)電流放大后，控制繼電器或雙向晶閘管接通電動機電源使吸排油煙機工作。當然，在己獲得明顯進展的納米傳感領域中尚存在很多問題，從敏感材料到制作技術都很不成熟，其性能也有不盡人意的地方。通過控制氣敏材料微粒大小，顆粒納米化，摻雜其它添加劑或催化劑，利用過濾設備或透氣膜來獲得選擇性，控制工作溫度及環(huán)境濕度影響，改進制備等方法可以改善 SnO2傳感器的氣敏性能。 SnO2是一種廣普型的氣敏材料，圍繞 SnO2為基 體 材料的氣敏材料的制備及其氣敏元件制備的研究課題十分活躍。靈敏度問題。二是選擇性差。近年來，我國氣敏傳感器產(chǎn)業(yè)有了較快的發(fā)展，但與國外相比，從技術水平，產(chǎn)業(yè)化及應用等領域均存在著不小的差距。我國傳感器 4 大類中，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的 %。 關鍵詞：氣體傳感器，模數(shù)轉換，單片機 6 Abstract Different concentrations of alcohol solution are detected and showed in the design. The design can be used to the detection of drunk driving through improvement. In this thesis, the concentration of alcohol can be measured and displayed by using the gas sensor based on AT89S51 MCU and MQ3. At the same time the concentration is displayed by LED, and the system allow to alarm in the certain value. In the thesis Major researches are three points. (1) In the hardware, detecting the technology parameters MQ3 gas sensor, and connecting it to a testing part of the alcohol gas concentration。 本文的特色在于標準的確定。（ 2）軟件方面，主要研究了電壓到濃度的線性轉換和最終濃度值的數(shù)碼管顯示。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使 用過的材料。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 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，最大誤差為 %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 Microputer 7 1 緒論 設計背景 我國傳感器市場的增長率超過 15%， 2020 年銷售額為 186億元人民幣， 2020年銷售額為 283 億元人民幣，預計 2020 年為 325 億元人民幣， 2020 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，結構簡單，體小質輕，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。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，當血液中酒精含量由‰ 增至 1‰ ，發(fā)生車禍的可能性便增加 5 倍，如果增至 ‰ ，可能性再增加6倍。當然，最好的辦法是在車內安裝這種測試儀，司機一進入車內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)性能和結果，從而進行模擬現(xiàn)場的真實調試。報警模塊是對設定值