【正文】 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 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） II 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。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 %。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電源使吸排油煙機工作 [7]。 機動車駕駛?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(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)計方案細化，確定軟硬件功能。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。 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。 根據(jù)各功能 模塊的設(shè)計 ，可得到它的武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 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。 酒精 氣敏傳感器 LM3914 發(fā)光二極管 ADC0809 單片機 數(shù)碼管 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 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)進行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進行分類的。 （ 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 單片微機是單片微型計算機的譯名簡稱，在國內(nèi)也常稱為“單片微機”或“單片機”。它集 Flash 程序存儲器，既可在線編程也可以用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 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。 —— RXD 串行口輸入口， —— TXD 串行口輸出口， —— INT0 外部中斷 0 輸入， —— INT1 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， —— WR 低電平有效，輸出，片外 存儲器寫選通， —— RD 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。這是使單片機正常工作的必要外圍電路部分。因此，單片機的 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。 單片機的時鐘頻率是 ，則 ALE 端輸出信號的頻率為 ，再二分頻后為 ，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。單片機的 RD 端 與 進過或非門后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 OE 端子用導(dǎo)線相連接，作為單片機讀取模數(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 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。同理，要使 LED2 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng) 大于 *2=；要使 LED10 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng) 大于 *10=。 當(dāng)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)分出酒精含量的高低，直觀的看出所測的酒精濃度達到了哪個水平值，起到報警的作用。 數(shù)碼管是由若干發(fā)光二極管組合而成的， 有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)形。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 13 8 段共陰數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 用單片機驅(qū)動 數(shù)碼管有 靜態(tài)顯示和 動態(tài)顯示， 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所要顯示的 數(shù)據(jù)送出后就 可以驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù) ，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時再傳送一次新 的 數(shù)據(jù) 就可以了。 設(shè)計選用 3 個單位 8 段共陰數(shù)碼管來顯示輸出的數(shù)據(jù)，因為電路硬件相對較簡單，所以選擇靜態(tài)顯示方法。移位寄存器 74LS164串行數(shù)據(jù)輸入端與前一位的并行輸出最高位相連，第一位移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端與單片機的數(shù)據(jù)輸出端 連接。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 15 整體電路圖武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 3 軟件編程 開發(fā)環(huán)境 選用的開發(fā)平臺為 MedWin 單片機集成開發(fā)環(huán)境 ， 只需在 PC 機上安裝 MedWin 軟件 ，然后在 MedWin 軟件 代碼編輯器編輯程序代碼，經(jīng)匯編，修改，產(chǎn)生代碼，形成輸入輸出口實驗十六進制 .HEX 文件。 本設(shè)計軟件編程部分選用匯編語言來寫程序代碼。 利用單片機豐富的 I/O 口可以 采用查詢方式 來檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)單片機引腳 為 1 時轉(zhuǎn)換未結(jié)束等待， 當(dāng)查詢到 為 0 時表示模數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以開始讀取數(shù)據(jù)了 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 16 程序流程圖 單片機選擇 A/D通道地址 單片機 置位并啟動 A/D 測試 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ =1? 數(shù)碼管顯示 N Y 單片機初始化 開始 單片機讀取數(shù)據(jù)并作處理 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 程序代碼編寫 系統(tǒng)電源線接通或者系統(tǒng)復(fù)位后 ，程序 從主程序入口進入運行。 START:MOV R7,60H MOV R0,20H CLR A LOOP:MOV R0,A INC R0 DJNZ R7,LOOP 初始化程序從數(shù)據(jù)存儲器地址為 20H 單元開始，到 80H 單元全部清零。 因為單片機高 8 位地址位的 位與 單片機 的WR 位經(jīng)或非后與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 START 和 ALE 用導(dǎo)線連接。 該位通過一個反相器與單 片機引腳 相連 ，因為啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換之前 位被置位，所以當(dāng)查詢到 位為 0 時即表示模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。而在處理過程中對于有些數(shù)據(jù)的處理，可能武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 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,100 MVL AB MOV R6,A MOV R7,B MOV R5,0 MOV R4,51 ACALL DIV16 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 MOV 70H,R6 MOV 71H,R7 MOV A,71H JNZ L5 L1:MOV 72H,75 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L2 ACALL PP0 AJMP PP L2:MOV 72H,145 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L3 ACALL PP1 AJMP PP L3:MOV 72H,173 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L4 ACALL PP2 AJMP PP L4:MOV 72H,233 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L5 ACALL PP3 AJMP PP L5:MOV 72H,18 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 JNC L6 ACALL PP4 AJMP PP L6:MOV 72H,64 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L7 ACALL PP5 AJMP PP L7:MOV 72H,105 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L8 ACALL PP6 AJMP PP L8:ACALL PP7 AJMP 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 進制 BCD 碼， 存儲到特定的存儲單元 以供數(shù)碼管顯示數(shù)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)。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 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