【正文】 本論文從選題，實(shí)驗(yàn)，到論文的寫作，整個(gè)過(guò)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，在此表示衷心的感謝。在發(fā)光二極管顯示報(bào)警模塊中，將采集信號(hào)輸入二極管集成功率放大器，對(duì)該采集信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，起到報(bào)警的作用。 如圖18所示是最終的測(cè)試電路，可以用來(lái)檢測(cè)不同濃度的酒精溶液。圖17 濃度與電壓關(guān)系曲線圖表3 樣品對(duì)應(yīng)電壓值樣品濃度C(mL/mL)C1C2C3C4在酒精氣體濃度的每個(gè)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(duì)應(yīng)著一個(gè)線性映射關(guān)系，如表4所示。 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。用萬(wàn)用表測(cè)量采樣點(diǎn)的電壓值，看用萬(wàn)用表測(cè)得的電壓值與數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)是否一致。4 電路調(diào)試與測(cè)試結(jié)果 電路調(diào)試根據(jù)各個(gè)模塊功能的設(shè)計(jì)和繪制的整體電路圖，找到各功能模塊的連接點(diǎn)。于是可以寫出顯示部分的程序代碼。相除后對(duì)應(yīng)的每一位分別送到地址為7DH，7EH，7FH的存儲(chǔ)單元保存，以供顯示或后續(xù)處理用。模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，這時(shí)可以開始對(duì)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束進(jìn)行不斷的查詢。因?yàn)樵诔绦蛑忻看螌?duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后讀取的數(shù)據(jù)，需要相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，同時(shí)對(duì)讀取的數(shù)據(jù)作適當(dāng)處理后也要送到特定的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)起來(lái)，以供后面的數(shù)碼管顯示用。 程序流程當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器MQ3兩個(gè)電極端AB間電阻將變小，對(duì)應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。該引腳與三個(gè)移位寄存器的時(shí)鐘輸入端CLK相連。靜態(tài)顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用CPU時(shí)間少。輸入靈敏度可以通過(guò)負(fù)載電阻的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即對(duì)地電阻調(diào)小時(shí)靈敏度下降；反之，靈敏度增加。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(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器（增益為零）同時(shí)送到10個(gè)電壓比較器的異相（）輸入端。作為單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀信號(hào)。符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 圖9 ADC0809芯片IN0~IN7：8路模擬量輸入端。復(fù)位操作有上電自動(dòng)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(jì)選用按鍵電平復(fù)位方式。石英晶體的兩端分別接到引腳XTAL1 和引腳XTAL2，同時(shí)石英晶體的兩端分別接一個(gè)電容C1和C2，電容的另一端接地。這是使單片機(jī)正常工作的必要外圍電路部分?！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(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，——T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，——低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫選通，——低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。它集Flash程序存儲(chǔ)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。對(duì)酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為對(duì)電位器分壓的采樣。MQ3的兩個(gè)A引腳相連，作為敏感體電阻的一個(gè)電極。S接通，則f，f之間電流由開始時(shí)155mA降至153mA而穩(wěn)定。（4）在一些應(yīng)用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。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(cè)報(bào)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(bào)警。 硬件系統(tǒng)框圖基于AT89S51單片機(jī)用MQ3型氣體傳感器實(shí)現(xiàn)酒精氣體濃度的檢測(cè)，需要信號(hào)采集模塊用于對(duì)酒精濃度信號(hào)的采集，該信號(hào)是通過(guò)MQ3氣體傳感器和負(fù)載電壓得到分壓電信號(hào)。（3）設(shè)計(jì)方案細(xì)化，確定軟硬件功能。再通過(guò)反復(fù)多次測(cè)量多組數(shù)據(jù)，求其平均值的方法來(lái)縮小測(cè)量誤差。因?yàn)樵嫉牟蓸又凳且粋€(gè)間接的負(fù)載分壓值，需要將它轉(zhuǎn)化為被測(cè)酒精濃度值。機(jī)動(dòng)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(cái)產(chǎn)安全。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(wèn)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]。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。二是選擇性差。我國(guó)傳感器4大類中，%。本文的特色在于標(biāo)準(zhǔn)的確定。第17周：準(zhǔn)備論文答辯。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。發(fā)光二極管顯示選用集成驅(qū)動(dòng)器LM3914。MQ3型氣敏傳感器靈敏度高，響應(yīng)速度快。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?zhàn)鳛闅怏w傳感材料。本設(shè)計(jì)基于AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精濃度探測(cè)儀，可用來(lái)檢測(cè)酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測(cè)司機(jī)的酒精含量。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(bào)告。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于AT89S51單片機(jī)酒精濃度探測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)院（系）： 理學(xué)院物理系 專業(yè)班級(jí)：電子信息科學(xué)與技術(shù)0502班 學(xué)生姓名： 黃制兵 指導(dǎo)教師： 徐曉英 易迎彥 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。掌握C51系列單片機(jī)原理及編程技術(shù)，熟悉ADC0809的工作原理及特性；熟悉數(shù)碼管顯示技術(shù)。開車司機(jī)只要將嘴對(duì)著傳感頭使勁吹氣，儀器就能發(fā)上顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機(jī)是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。雖然目前的二氧化鈦薄膜有電阻值高，工作溫度高，敏感性差的缺點(diǎn)，但是二氧化鈦薄膜具有良好的電學(xué)性能，優(yōu)異的光學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性高，機(jī)械強(qiáng)度高，且可用于多種氣體的檢測(cè)。AT89S51單片機(jī)是一般控制應(yīng)用的8位單片機(jī)。內(nèi)部有10個(gè)電壓比較器，可驅(qū)動(dòng)10個(gè)發(fā)光二極管。進(jìn)度安排第13周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，明確研究?jī)?nèi)容，了解研究所需理論知識(shí)和設(shè)計(jì)所需的元器件。指導(dǎo)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(jì)背景 1 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀 1 設(shè)計(jì)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(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 單片機(jī)開發(fā)流程 4 硬件系統(tǒng)框圖 4 信號(hào)采集電路 5 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 8 發(fā)光二極管顯示報(bào)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(cè)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(yǔ) 33參考文獻(xiàn) 34附 錄 35致 謝 38摘 要本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同濃度酒精的檢測(cè)和顯示，通過(guò)適當(dāng)改進(jìn)可以用于檢測(cè)酒后駕車。對(duì)于流動(dòng)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(yàn)證方法。近年來(lái)，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(diǎn)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(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)[1]。由于在檢測(cè)氣體時(shí)，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(bào)。純SnO2的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定性不高。氣敏傳感器在家用電器中也有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。人飲酒后, 酒精通過(guò)消化系統(tǒng)被人體吸收, 經(jīng)過(guò)血液循環(huán), 約有90%的酒精通過(guò)肺部呼氣排出, 因此測(cè)量呼氣中的酒精含量, 就可判斷其醉酒程度。通過(guò)多個(gè)樣品的測(cè)量確定多個(gè)濃度區(qū)間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，并將每個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系近似線性化處理，然后通過(guò)軟件編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。2 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)開發(fā)流程（1）可行性調(diào)研。一旦總體方案確定下來(lái)，下一步的工作就是將該項(xiàng)目細(xì)化，即需明確哪些部分用硬件來(lái)完成，哪些部分用軟件來(lái)完成。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊用來(lái)把采集到得模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換位可以用單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。由于我國(guó)管道煤氣中H2含量很高，而氫敏元件較氧化碳元件價(jià)格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報(bào)警更為適宜。本設(shè)計(jì)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。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。MQ3的兩個(gè)B引腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個(gè)電極。 在采樣硬件電路中實(shí)際要考慮到MQ3的實(shí)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。AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KBFlash閃存存儲(chǔ)器，128B內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，看門狗，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。P0口：8位漏極開路的。RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。針對(duì)不同型號(hào)的單片機(jī)在最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)上會(huì)有一些差別。對(duì)于外接電容C1和C2的大小雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小還是會(huì)對(duì)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(lái)一定的影響。如圖7所示，10μF的電容C3與270Ω的電阻并聯(lián)后再與一個(gè)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?！? 21~28：8位數(shù)字量輸出端?！　LK：時(shí)鐘脈沖輸入端。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。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。用于單片機(jī)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的查詢，為單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。10個(gè)電壓比較器的同相輸入（+）端分別接到10個(gè)等值電阻（1KΩ）串聯(lián)回路的10個(gè)分壓端。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(qiáng)。動(dòng)態(tài)顯示需要時(shí)刻對(duì)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(shí)間多。因?yàn)槊课粩?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(duì)應(yīng)位的移位寄存器并行輸出端的0連接。因?yàn)锳DC0809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。當(dāng)然，在程序運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，還要用到工作寄存器，因?yàn)楣ぷ骷拇嫫鞫际桥R時(shí)存儲(chǔ)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。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(shí)為高電平有效。思路明確后，實(shí)際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫出來(lái)。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(yáng)極字型碼03FHC0H106HF9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH82H707HF8H87FH80H96FH90H 程序當(dāng)中為了顯示的精確，在有些位相除時(shí)用到了雙字節(jié)相除的算法。按照設(shè)計(jì)的步驟，并對(duì)照總電路圖，在面包板上連接電路。因?yàn)楦鲗?dǎo)線和元器件對(duì)電壓電流的影響，數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)與萬(wàn)用表測(cè)得的數(shù)據(jù)存在一定的偏差，但在可接受的范圍內(nèi)。這時(shí)候可以配制幾個(gè)酒精溶液對(duì)調(diào)試電路作初步測(cè)試。在要作不同線性轉(zhuǎn)換電壓區(qū)間范圍和對(duì)應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系確定好了以后，根據(jù)表4所對(duì)應(yīng)的關(guān)系，修改