【正文】 作者簽名： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。要求完成的主要任務(wù)：查閱不少于15篇的相關(guān)資料，其中英文文獻(xiàn)不少于2篇，完成開題報告。完成不少于12000字的畢業(yè)論文。本設(shè)計基于AT89S51單片機(jī)設(shè)計的酒精濃度探測儀，可用來檢測酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測司機(jī)的酒精含量。當(dāng)然，依照同樣的原理也可設(shè)計檢測其他氣體的探測儀，與我們的生活息息相關(guān)的是檢測有毒氣體。也有選擇以其他氧化物為基本材料制成的傳感器，如選二氧化鈦作為氣體傳感材料。隨著新材料發(fā)展和新加工技術(shù)的提高，有了高可靠性和低功耗的氣體傳感器。MQ3型氣敏傳感器靈敏度高，響應(yīng)速度快。5個中斷向量源。發(fā)光二極管顯示選用集成驅(qū)動器LM3914。三位數(shù)碼管顯示具體數(shù)值。單片機(jī)不斷采集經(jīng)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換后的變化的電壓值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理交數(shù)碼管顯示。第710周：建立系統(tǒng)模型，畫出電路圖，并對軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。第17周：準(zhǔn)備論文答辯。（2）軟件方面，主要研究了電壓到濃度的線性轉(zhuǎn)換和最終濃度值的數(shù)碼管顯示。本文的特色在于標(biāo)準(zhǔn)的確定。關(guān)鍵詞：氣體傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)AbstractDifferent 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。我國傳感器4大類中，%。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(shù)水平，產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等領(lǐng)域均存在著不小的差距。二是選擇性差。靈敏度問題。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。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(shè)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(jìn)制備等方法可以改善SnO2傳感器的氣敏性能[4]。當(dāng)然，在己獲得明顯進(jìn)展的納米傳感領(lǐng)域中尚存在很多問題，從敏感材料到制作技術(shù)都很不成熟，其性能也有不盡人意的地方[5]。當(dāng)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(jī)電源使吸排油煙機(jī)工作[7]。機(jī)動車駕駛?cè)藛T“酒后駕車” 及“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故, 嚴(yán)重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。 酒精氣體濃度探測儀在生產(chǎn)生活中也有重要的應(yīng)用，比如，在一些環(huán)境要求嚴(yán)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(dāng)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(fēng)換氣，做到安全生產(chǎn)。因為原始的采樣值是一個間接的負(fù)載分壓值，需要將它轉(zhuǎn)化為被測酒精濃度值。針對這3個主要問題提出以下解決方案和驗證方法。再通過反復(fù)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。如果有，則可分析他人是如何進(jìn)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(jìn)一步的調(diào)研，此時的重點應(yīng)放在能否實現(xiàn)這個環(huán)節(jié)，首先從理論上進(jìn)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(jié)合實際情況，再決定能否立項的問題。（3）設(shè)計方案細(xì)化，確定軟硬件功能。在確定人員分工、安排工作進(jìn)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。 硬件系統(tǒng)框圖基于AT89S51單片機(jī)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(fù)載電壓得到分壓電信號。根據(jù)各功能模塊的設(shè)計，可得到它的系統(tǒng)總框圖，如圖1所示。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(yīng)用于工業(yè)等領(lǐng)域外，主要用于家庭管道煤氣泄露報警。 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(zhì)進(jìn)行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進(jìn)行分類的。（4）在一些應(yīng)用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。當(dāng)其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導(dǎo)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濃度的變化而變化。S接通，則f，f之間電流由開始時155mA降至153mA而穩(wěn)定。這種反應(yīng)可以重復(fù)試驗，但要注意使空氣恢復(fù)到潔凈狀態(tài)。MQ3的兩個A引腳相連，作為敏感體電阻的一個電極。MQ3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物SnO2的N型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。對酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為對電位器分壓的采樣。圖5 采樣模塊 信號轉(zhuǎn)換電路單片微機(jī)是單片微型計算機(jī)的譯名簡稱，在國內(nèi)也常稱為“單片微機(jī)”或“單片機(jī)”。它集Flash程序存儲器，既可在線編程也可以用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。下面說明各引腳功能。XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。P2口：8位、準(zhǔn)雙向I/O口?！猂XD串行口輸入口，——TXD串行口輸出口，——外部中斷0輸入，——外部中斷1輸入，——T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入，——T1定時器/計數(shù)器1的外部輸入，——低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通，——低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。高電平時選擇片內(nèi)程序存儲器，低電平時程序存儲器全部在片外而不管片內(nèi)是否有程序存儲器。這是使單片機(jī)正常工作的必要外圍電路部分。因此，單片機(jī)的引腳40對應(yīng)的VCC接到+5V電源的正極，引腳10對應(yīng)的GND接到+5V電源的接地端，為AT89S51單片機(jī)提供正常的工作電壓。石英晶體的兩端分別接到引腳XTAL1 和引腳XTAL2，同時石英晶體的兩端分別接一個電容C1和C2，電容的另一端接地。10pF。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，本設(shè)計選用按鍵電平復(fù)位方式。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，也可單獨工作。 圖9 ADC0809芯片IN0~IN7：8路模擬量輸入端。ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 　　Vcc：電源，單一+5V。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。當(dāng)檢測到酒精氣味時，氣體傳感器的AB間電阻變小，則ADC0809的模擬輸入端IN0的電壓變大。符合ADC0809對時鐘頻率的要求。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時，OE產(chǎn)生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。作為單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的IN0端子用導(dǎo)線與信號采樣部分的負(fù)載電阻端相連，作為要模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端。其內(nèi)部的緩沖放大器最大限度的提高了該集成電路的輸入電阻（5腳），電壓輸入信號經(jīng)過緩沖器（增益為零）同時送到10個電壓比較器的異相（）輸入端。LM3914的9腳為點，條方式選擇端，當(dāng)9腳與11腳相接為點狀顯示；當(dāng)9腳與3腳相接，則為條狀顯示。輸入靈敏度可以通過負(fù)載電阻的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，即對地電阻調(diào)小時靈敏度下降；反之，靈敏度增加。8段共陰數(shù)碼管由a﹑b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g、dg這8個發(fā)光二極管組成。靜態(tài)顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用CPU時間少。選用3個移位寄存器74LS164驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)光點亮。該引腳與三個移位寄存器的時鐘輸入端CLK相連。打開Microcontrmller ISP Software，在菜單options選項中選擇select device，在彈出的窗口中選擇器件AT89S51，并選Byte Mode點擊OK。 程序流程當(dāng)檢測到酒精氣味時，氣體傳感器MQ3兩個電極端AB間電阻將變小，對應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。單片機(jī)通過I/O口與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出口相連讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。因為在程序中每次對模數(shù)轉(zhuǎn)換后讀取的數(shù)據(jù)，需要相應(yīng)的存儲空間，同時對讀取的數(shù)據(jù)作適當(dāng)處理后也要送到特定的存儲空間存儲起來，以供后面的數(shù)碼管顯示用。即每次的初始化將上次存儲的數(shù)據(jù)全部清除，用于存放當(dāng)前要存儲的數(shù)據(jù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的時間，這時可以開始對轉(zhuǎn)換是否結(jié)束進(jìn)行不斷的查詢。TEST:MOV DPTR,7FF8H SETB MOVX DPTR,A JB ,$ MOVX A,DPTR RET把轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓值讀取到單片機(jī)后，因為，實際的電壓值范圍在0～+5V之間，而ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對應(yīng)的是8位精度的處理，即從00000000B到11111111B，所以單片機(jī)還要對它作個除51的處理工作。相除后對應(yīng)的每一位分別送到地址為7DH，7EH，7FH的存儲單元保存，以供顯示或后續(xù)處理用。即首先，單片機(jī)要對采集到的數(shù)據(jù)在哪個區(qū)間作個判斷跳轉(zhuǎn)，然后再根據(jù)該區(qū)間的線性關(guān)系作轉(zhuǎn)換，得到對應(yīng)的酒精濃度值。于是可以寫出顯示部分的程序代碼。對于被除數(shù)的移動，最簡單的辦法是把被除數(shù)向余數(shù)單元左移，把被除數(shù)左移后空出的低位存放商數(shù)，當(dāng)除法完成后，被除數(shù)已全部移動到余數(shù)單元并逐次被減而得到余數(shù)，而被除數(shù)單元中內(nèi)容已成為商數(shù)。4 電路調(diào)試與測試結(jié)果 電路調(diào)試根據(jù)各個模塊功能的設(shè)計和繪制的整體電路圖，找到各功能模塊的連接點。打開打開Microcontrmller ISP Software軟件，在菜單options選項中選擇select device，在彈出的窗口中選擇器件AT89S51，并選Byte Mode點擊OK。用萬用表測量采樣點的電壓值，看用萬用表測得的電壓值與數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)是否一致。然后，再把電位器阻值從0開始逐漸調(diào)大，說明發(fā)光二極管顯示部分電路連接正確。 如圖17所示，硬件電路中發(fā)光二極管顯示和3位數(shù)碼管顯示都正確后，表明所連接的硬件電路已經(jīng)調(diào)試成功。之前顯示的是酒精濃度值與電壓的對應(yīng)關(guān)系，所以要顯示酒精濃度值，需要找到電壓與濃度之間的關(guān)系，然后才能建立酒精濃度值與顯示的映射關(guān)系。圖17 濃度與電壓關(guān)系曲線圖表3 樣品對應(yīng)電壓值樣品濃度C(mL/mL)C1C2C3C4在酒精氣體濃度的每個小區(qū)間內(nèi)，將電壓值與數(shù)碼管顯示值之間的關(guān)系當(dāng)作線性處理，即每段小區(qū)間對應(yīng)著一個線性映射關(guān)系，如表4所示。這樣，一個完整的基于AT89S51單片機(jī)酒精濃度探測儀就設(shè)計出來了。 如圖18所示是最終的測試電路，可以用來檢測不同濃度的酒精溶液。MQ3接上一定阻值的負(fù)載電阻，即可構(gòu)成對酒精氣體濃度的檢測部分。在發(fā)光二極管顯示報警模塊中，將采集信號輸入二極管集成功率放大器，對該采集信號放大后驅(qū)動相應(yīng)的發(fā)光二極管點亮，起到報警的作用。當(dāng)顯示綠燈時，鑰匙將傳送允許信號至車輛的電子控制系統(tǒng)，也就是通過檢測，可以上路了；但是如果測試結(jié)果為紅燈，則車輛將維持在鎖定狀態(tài)，即使鑰匙插入鑰匙孔也無法發(fā)動車子。本論文從選題，實驗，到論文的寫作，整個過程得到了易迎彥和徐曉英老師的精心指導(dǎo)和細(xì)心幫助，在此表示衷心的感