【正文】 教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目 錄摘 要 IAbstract II1 緒論 1 設(shè)計背景 1 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀 1 設(shè)計酒精氣體傳感器的意義 2 本文主要研究工作 22 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 4 單片機開發(fā)流程 4 硬件系統(tǒng)框圖 4 信號采集電路 5 信號轉(zhuǎn)換電路 8 發(fā)光二極管顯示報警電路 14 數(shù)碼管顯示電路 16 系統(tǒng)整體電路圖 183 軟件編程 20 開發(fā)環(huán)境 20 程序流程 20 程序代碼編寫 224 電路調(diào)試與測試結(jié)果 28 電路調(diào)試 28 濃度與顯示之間的關(guān)系 295 結(jié)束語 33參考文獻(xiàn) 34附 錄 35致 謝 38武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要本設(shè)計實現(xiàn)了對不同濃度酒精的檢測和顯示，通過適當(dāng)改進(jìn)可以用于檢測酒后駕車。（3）對設(shè)計的傳感器進(jìn)行了標(biāo)定。對于流動空氣，樣品的穩(wěn)定性和水蒸氣的影響，提出了解決方案和驗證方法。 Analog voltage signal amplification to drive lightemitting diode light to alarm。近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它將不僅促進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟增長點[1]。目前，氣敏傳感器領(lǐng)域還存在一些問題。由于在檢測氣體時，往往還存在著其它的干擾氣體(如煙酒等)，使氣敏元件發(fā)生交叉響應(yīng)，產(chǎn)生誤報。四是SnO2元件有時由于靈敏度過大導(dǎo)致誤報，但是在檢測某些低濃度氣體時靈敏度卻難以達(dá)到要求[2]。純SnO2的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定性不高。納米科學(xué)技術(shù)(Nano—ST)—100nm的物質(zhì)組成體系的運動規(guī)律和相互作用以及可能的實際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù)。氣敏傳感器在家用電器中也有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計酒精濃度探測儀的意義本設(shè)計基于AT89S51單片機設(shè)計的酒精氣體濃度探測儀，可用來檢測酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測司機的酒精含量。人飲酒后, 酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收, 經(jīng)過血液循環(huán), 約有90%的酒精通過肺部呼氣排出, 因此測量呼氣中的酒精含量, 就可判斷其醉酒程度。 本文主要研究工作本文以AT89S51單片機為核心，設(shè)計了用于測量酒精濃度的探測儀，主要研究工作包括以下3個方面。通過多個樣品的測量確定多個濃度區(qū)間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，并將每個區(qū)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系近似線性化處理，然后通過軟件編程的方法來實現(xiàn)。測量樣品時，將探頭盡量放入塑料瓶內(nèi)，可以在一定程度上消除流動空氣的影響，同時應(yīng)選擇空氣流動較小的室內(nèi)環(huán)境來測量。2 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 單片機開發(fā)流程（1）可行性調(diào)研。（2）系統(tǒng)總體方案的設(shè)計。一旦總體方案確定下來，下一步的工作就是將該項目細(xì)化，即需明確哪些部分用硬件來完成，哪些部分用軟件來完成。（4）一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)研、總體設(shè)計、硬件軟件設(shè)計、制版、元件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲器中放入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運行。信號轉(zhuǎn)換模塊用來把采集到得模擬電壓信號轉(zhuǎn)換位可以用單片機處理的數(shù)字信號。酒精氣敏傳感器LM3914發(fā)光二極管ADC0809單片機數(shù)碼管圖1 系統(tǒng)總框圖 信號采集電路 氣體傳感器的選擇根據(jù)被檢測氣體的不同，氣敏傳感器可分為以下三類:（1）可燃性氣體氣敏傳感器。由于我國管道煤氣中H2含量很高，而氫敏元件較氧化碳元件價格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報警更為適宜。一個新型的氣體檢測系統(tǒng)應(yīng)該包括：（1）基于一種或幾種傳感技術(shù)的氣體傳感器。本設(shè)計中的酒精氣體傳感器采用河南漢威電子有限公司的MQ3型,它屬于MQ系列氣敏元件的一種。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。加熱開始幾秒鐘后A，B之間電阻迅速下降至10KΩ以下，然后又逐漸上升至120KΩ以上后并保持著。經(jīng)實驗的反復(fù)檢測，MQ3傳感器可以正常工作使用，對不同濃度的酒精溶液有不同的變化，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間都正常，可以開始作信號采樣模塊電路的設(shè)計。MQ3的兩個B引腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個電極。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。 在采樣硬件電路中實際要考慮到MQ3的實際技術(shù)參數(shù)，即加熱電阻和敏感體電阻的大小，該部分應(yīng)與電源正極相連。它包括中央處理器CPU，隨機存儲器RAM，只讀存儲器ROM，中斷系統(tǒng)，定時器/計數(shù)器，串行口和I/O口等等。AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KBFlash閃存存儲器，128B內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 圖6 AT89S51芯片管腳VCC：運行和程序校驗時接電源正端。P0口：8位漏極開路的。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。RST：復(fù)位輸入信號，高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存允許信號，輸出。針對不同型號的單片機在最小系統(tǒng)設(shè)計上會有一些差別。對于晶振部分，AT89S51單片機中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳19對應(yīng)的XTAL1和18對應(yīng)的XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。對于外接電容C1和C2的大小雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小還是會對振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來一定的影響。因為電路中接的是石英晶體，所以設(shè)計中接的兩個電容C1和C2的容量都為33pF。如圖7所示，10μF的電容C3與270Ω的電阻并聯(lián)后再與一個10KΩ的電阻串聯(lián)，電容的正極端接到電源的正極，電容的另一端接至引腳RST。輸入輸出與TTL兼容?！? 21~28：8位數(shù)字量輸出端。 　　START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效?！　LK：時鐘脈沖輸入端。 　　GND：地。下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。采用查詢方式對輸入模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)通過三位八段數(shù)碼管顯示。由于ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)瑣存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以直接與數(shù)據(jù)總線相連。作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號供單片機查詢。用于單片機對模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的查詢，為單片機讀取數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。－﹑D1﹑D2﹑D3﹑D4﹑D5﹑D6﹑D7端，用于讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。10個電壓比較器的同相輸入（+）端分別接到10個等值電阻（1KΩ）串聯(lián)回路的10個分壓端。本系統(tǒng)采用條狀顯示方式，即將引腳9和引腳3都接到電源的正極。改變7腳與8腳之間電阻的阻值可以調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的顯示亮度，當(dāng)阻值增加亮度減弱，反之加強。把8個發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成共陰極端，接進(jìn)電路時，共陰極端接地，給要發(fā)光顯示的二極管的陽極端接高電平可使該發(fā)光二極管導(dǎo)通點亮。動態(tài)顯示需要時刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時間多。電路連接如圖14所示。因為每位數(shù)據(jù)串行輸出先輸出的是低位，所以數(shù)碼管引腳a、b、c、d、e、f、g、dg應(yīng)順序與對應(yīng)位的移位寄存器并行輸出端的0連接。初始化器件后。因為ADC0809的模擬輸入端IN0與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲器單元中，經(jīng)過單片機作相應(yīng)的處理，即要將該電壓值轉(zhuǎn)換為酒精濃度值，然后處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進(jìn)制BCD碼用數(shù)碼管顯示。當(dāng)然，在程序運行的過程當(dāng)中，還要用到工作寄存器，因為工作寄存器都是臨時存儲數(shù)據(jù)，不需要保存作為以后處理要用到的數(shù)據(jù)，所以工作寄存器的初始化這部分可以省去。對模擬電壓信號的數(shù)字轉(zhuǎn)換由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809加單片機AT89S51控制來完成。ADC0809中模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出標(biāo)志位是EOC，轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平有效。而在處理過程中對于有些數(shù)據(jù)的處理，可能要碰到雙字節(jié)相除的情況。思路明確后，實際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫出來。根據(jù)酒精濃度與電壓的線性映射關(guān)系，如表3所示，可以寫出該部分的程序代碼MOV B,100MVL ABMOV R6,AMOV R7,BMOV R5,0MOV R4,51ACALL DIV16MOV 70H,R6MOV 71H,R7MOV A,71HJNZ L5L1:MOV 72H,75CLR CMOV A,70HSUBB A,72HJNC L2ACALL PP0AJMP PPL2:MOV 72H,145CLR CMOV A,70HSUBB A,72HJNC L3ACALL PP1AJMP PPL3:MOV 72H,173CLR CMOV A,70HSUBB A,72HJNC L4ACALL PP2AJMP PPL4:MOV 72H,233CLR CMOV A,70HSUBB A,72HJNC L5ACALL PP3AJMP PPL5:MOV 72H,18CLR CMOV A,70HSUBB A,72HJNC L6ACALL PP4AJMP PPL6:MOV 72H,64CLR CMOV A,70HSUBB A,72HJNC L7ACALL PP5AJMP PPL7:MOV 72H,105CLR CMOV A,70HSUBB A,72HJNC L8ACALL PP6AJMP PPL8:ACALL PP7AJMP PP從讀取到的電壓值得到酒精濃度值后，還要把該值轉(zhuǎn)換為3位10進(jìn)制BCD碼，存儲到特定的存儲單元以供數(shù)碼管顯示數(shù)值。DISP:MOV DPTR,TABMOV A,7FHMOVC A,A+DPTRACALL SOMOV A,7EHMOVC A,A+DPTRACALL SOMOV A,7DHMOVC A,A+DPTRACALL SORETSO:MOV R7,8SO1:CLR RRC A MOV ,C SETB DJNZ R7,SO1 RET表2 七段LED字型碼顯示字符共陰極字型碼共陽極字型碼03FHC0H106HF9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH82H707HF8H87FH80H96FH90H 程序當(dāng)中為了顯示的精確，在有些位相除時用到了雙字節(jié)相除的算法。據(jù)此，可以寫出雙字節(jié)除法的程序代碼。按照設(shè)計的步驟，并對照總電路圖，在面包板上連接電路。初始化器件后，將經(jīng)過編譯生成的,HEX十六進(jìn)制文件下載到單片機。因為各導(dǎo)線和元器件對電壓電流的影響，數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)與萬用表測得的數(shù)據(jù)存在一定的偏差，但在可接受的范圍內(nèi)。調(diào)試電路其他功能模塊正確后，將預(yù)熱足夠長時間能正常工作的氣體傳感器MQ3換上原來20kΩ的電阻。這時候可以配制幾個酒精溶液對調(diào)試電路作初步測試。測量用的酒精溶液是用無水乙醇和純凈水按體積比來配制的，單位mL/mL表示的是1mL酒精溶液中含酒精的體積。在要作不同線性轉(zhuǎn)換電壓區(qū)間范圍和對應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系確定好了以后，根據(jù)表4所對應(yīng)的關(guān)系，修改數(shù)據(jù)處理程序部分，建立酒精濃度和電壓之間的關(guān)系。表4 濃度與電壓線性映射關(guān)系電壓值區(qū)間(V)濃度轉(zhuǎn)換關(guān)系～C=*～C=*～C=*～C=*～C=*～C=*V 酒精濃度測試結(jié)果、其結(jié)果分別顯示為：010102156。顯示濃度值小數(shù)部分前3位數(shù)字的結(jié)果是156。負(fù)載電阻的分壓值即對應(yīng)著一個酒精氣體的濃度值，只需對該分壓值采樣，就可得到要測酒精氣體濃度值的信號。當(dāng)然可以對本系統(tǒng)作一定改進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上制作酒精檢測鑰匙。半導(dǎo)體氣敏傳感器和電化學(xué)固體電解質(zhì)氣敏傳感器具有測量精度高、所需試樣少、響應(yīng)快等特點，廣泛應(yīng)用于化工、建筑、環(huán)保、醫(yī)療、家電、安全保衛(wèi)等領(lǐng)域。大學(xué)四年學(xué)習(xí)生涯即將告以段落，在此要感謝四年以來一直對教學(xué)和指導(dǎo)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，孜孜不倦的所有武漢理工大學(xué)理學(xué)院的老師們，同時還要感謝跟我一同學(xué)習(xí)的同學(xué)，他們給了我?guī)椭?、支持和動力，讓我度過了一個美好的大學(xué)生活。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗。首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計過程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對我的嚴(yán)格要求，感謝他們對我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學(xué)的知識應(yīng)用到實際工作中去。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。老師們認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺