【正文】 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。這時(shí)候可以配制幾個(gè)酒精溶液對(duì)調(diào)試電路作初步測試。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)。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。 DISP:MOV DPTR,TAB MOV A,7FH MOVC A,A+DPTR ACALL SO MOV A,7EH MOVC A,A+DPTR ACALL SO MOV A,7DH MOVC A,A+DPTR ACALL SO RET SO:MOV R7,8 SO1: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 0 3FH C0H 1 06H F9H 2 5BH A4H 3 4FH B0H 4 66H 99H 5 6DH 92H 6 7DH 82H 7 07H F8H 8 7FH 80H 9 6FH 90H 31 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。 MOV B,51 28 DIV AB MOV 7DH,A MOV A,B MOV B,10 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B ACALL DIV16 MOV 7EH,R6 MOV A,R2 MOV B,10 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B ACALL DIV16 MOV 7FH,R6 經(jīng)過處理后實(shí)際采樣到的電壓值對(duì)應(yīng)的各個(gè)位就分別存儲(chǔ)在 7DH， 7EH，7FH 三個(gè)存儲(chǔ)單元里面了。最后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀 取到單片機(jī)累加器 A中。即每次的初始化將上次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)全部清除，用于存放當(dāng)前要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。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)。 打開 Microcontrmller ISP Software，在菜單 options 選項(xiàng)中選擇 select device， 在彈出的窗口中 選擇器件 AT89S51，并選 Byte Mode 點(diǎn)擊 OK。選用 3個(gè)移位寄存器 74LS164 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管發(fā)光點(diǎn)亮。 8 段共陰數(shù)碼管由 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g、 dg 這 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。 LM3914 的 9腳為點(diǎn)，條方式選擇端，當(dāng) 9腳與 11腳相接為點(diǎn)狀顯示；當(dāng) 9腳與 3腳相接，則為條狀顯示。單片機(jī)引腳 － 連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 20 數(shù)據(jù)輸出端 D0﹑ D1﹑ D2﹑ D3﹑ D4﹑ D5﹑ D6﹑ D7端，用于讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。 ADC0809 的 EOC 信號(hào)與單片機(jī)的 相連，作為 A/D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號(hào)供單片機(jī) 查詢。采用查詢方式對(duì)輸入模擬信號(hào)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。 GND：地。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。輸入輸出與 TTL兼容。因?yàn)殡娐分薪拥氖鞘⒕w，所以設(shè)計(jì)中接的兩個(gè)電容 C1和 C2 的容量都為 33pF。 對(duì)于晶振部分， AT89S51 單片機(jī)中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 19 對(duì)應(yīng)的 XTAL1 和 18 對(duì)應(yīng)的 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)，輸出。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ ROM 及 RAM）時(shí)，輸出高8位地址。 15 圖 6 AT89S51 芯片管腳 VCC：運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)接電源正端。它包括中央處理器 CPU，隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM，只讀存儲(chǔ)器 ROM，中斷系統(tǒng)，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，串行口和 I/O 口等等。 當(dāng)其表面吸附有被測氣體酒精分子時(shí)，表面導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而其表面電阻會(huì)隨著被測氣體濃度的變化而變化。經(jīng)實(shí)驗(yàn)的反復(fù)檢測， MQ3 傳感器可以正常工作使用，對(duì)不同濃度的酒精溶液有不同的變化，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間都正常，可以開始作信號(hào)采樣模塊電路的設(shè)計(jì)。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。 （ 2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。目前該類氣敏傳感器需求量最大，包含各種無機(jī)和有機(jī)類氣體檢測，主要用于抽油煙機(jī)、泄露報(bào)警器和空氣清新劑等方面，并已經(jīng)形成生產(chǎn)規(guī)模，在油田、礦區(qū)、化工、企業(yè)及家庭等生產(chǎn)和生活領(lǐng)域廣泛用作氣體泄露報(bào)普，特別是用于家庭氣體泄露報(bào)警，需求量不斷增加，使該類傳感器有著廣泛的發(fā)展空間。但一次性成功的幾乎是不是不可能的。在進(jìn)行可行性調(diào)研后，如果可以立項(xiàng)，下一步工作就是系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。水蒸氣對(duì) MQ3的影響很小，這一點(diǎn)可以通過對(duì)只裝有純凈水的塑料瓶的多次測量來驗(yàn)證。 (1)硬件電路方面，對(duì)氣體傳感器 MQ3 按檢測電路，接上一定阻值的負(fù)載電阻，檢測它的技術(shù)參數(shù)，確定 MQ3所接負(fù)載電阻的大小，完成信號(hào)采樣電路的設(shè)計(jì)；采樣到的模擬電壓電信號(hào)通過 A/D 轉(zhuǎn)換，得到可供單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；發(fā)光二極管報(bào)警顯示和 3個(gè)單位 8段共陰數(shù)碼管濃度值顯示。 酒后駕車發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá)27%。納米技術(shù)的發(fā)展，不僅為傳感器提供了優(yōu)良的敏感材料，而且為傳感器制作提供了許多新型方法。 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀 氣敏元件性能與敏感功能材料的種類、結(jié)構(gòu)及制作工藝密切相關(guān)。一是元件的穩(wěn)定性差。 conversing the voltage signal through the A/D conversion at the control of the singlechip, obtaining the digital voltage signal。設(shè)計(jì)的傳感器對(duì)酒精氣體反應(yīng)靈敏，能在有效范圍內(nèi)測量它的濃度值。 作者簽名： 日期： 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)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)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。 學(xué)號(hào) 中州大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 酒精 濃度檢測 儀的設(shè)計(jì) 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。（ 3）對(duì)設(shè)計(jì)的傳感器進(jìn)行了標(biāo)定。 Analog voltage signal amplification to drive lightemitting diode light to alarm。 目前，氣敏傳感器領(lǐng)域還存在一些問題。四是 SnO2元件有時(shí)由于靈敏度過大導(dǎo)致誤報(bào)，但是在檢測某些低濃度氣體時(shí)靈敏度卻難以達(dá)到要求。 納米科學(xué) 技術(shù) (Nano— ST)是研究尺寸在 — 100nm 的物質(zhì)組成體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相 互作用以及可能的實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù)。 設(shè)計(jì)酒精濃度探測儀的意義 本設(shè)計(jì)基于 AT89S51 單片機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)的酒精含量。 本文主 要研究工作 本文以 AT89S51 單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)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(gè)方面。 測量樣品時(shí)，將探頭盡量放入塑料瓶內(nèi)，可以在一定程度上消除流動(dòng)空氣的影響，同時(shí)應(yīng)選擇空氣流動(dòng)較小的室內(nèi)環(huán)境來測量。 (2)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。 (4)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)研、總體設(shè)計(jì)、硬件軟件設(shè)計(jì)、制版、元件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中放入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運(yùn)行。 11 圖 1 系統(tǒng)總框圖 信號(hào)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。 一個(gè)新型的氣體檢測系統(tǒng)應(yīng)該包括： 酒精 氣敏傳感器 LM3914 發(fā)光二極管 ADC0809 單片機(jī) 數(shù)碼管 12 （ 1）基于一種或幾種傳感技術(shù)的氣體傳感器。當(dāng)其表面吸附有被測氣體酒精分子時(shí)，表面導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而其表面電阻會(huì)隨著被測氣體濃度的變化而變化。這種反應(yīng)可以重復(fù)試驗(yàn)，但要注意使空氣恢復(fù)到潔凈狀態(tài)。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。 14 圖 5 采樣模塊 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 單片微機(jī)是單片微型計(jì)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)”。下面說明各引腳功能。 P2 口： 8位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。高電平時(shí)選擇片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，低電平時(shí)程序存儲(chǔ)器全部在片外而不管片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器。因此，單片機(jī)的引腳 40 對(duì)應(yīng)的 VCC 接到 +5V 電源的正極，引腳 10對(duì)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。10pF 。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(dú)工作。 ALE： 地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 Vcc：電源，單一 +5V。 當(dāng)檢測到酒精氣味時(shí)，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。在讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)， OE 產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開三態(tài)輸出鎖存器。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 IN0 端子用導(dǎo)線與信號(hào)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。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=。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。 設(shè)計(jì)選用 3個(gè)單位 8 段共陰數(shù)碼管來顯示輸出的數(shù)據(jù)，因?yàn)殡娐酚布鄬?duì)較簡單，所以選擇靜態(tài)顯示方法。 24 圖 15 整體電路圖 25 3 軟件編程 開發(fā)環(huán)境 選用的開發(fā)平臺(tái)為 MedWin單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，只需在 PC機(jī)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(shí)驗(yàn)十六進(jìn)制 .HEX 文件。利用單片機(jī)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(jī)引腳 為1 時(shí)轉(zhuǎn)換未結(jié)束等待，當(dāng)查詢到 為 0 時(shí)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。 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(chǔ)器地址為 20H 單元開始，到 80H 單元全部清零。該位通過一個(gè)反相器與單片機(jī)引腳 相連，因?yàn)閱?dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換之前 位被置位，所以當(dāng)查詢到 位為 0 時(shí)即表示模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。思路明確后，實(shí)際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫出來。于是可以寫出顯示部分的程序代碼。 32 4 電路調(diào)試與測試結(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)。用萬用表測量采樣點(diǎn)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。 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。 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) C1 C2 C3 C4 C 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 34 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 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。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。本論文從選題，實(shí)驗(yàn)，到論文的寫作，整個(gè)過程得到了指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和細(xì)心幫助，在此表示衷心的感謝。 當(dāng)顯示綠燈時(shí)，鑰匙將傳送 允許信 號(hào)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(dòng)車子。 MQ3 接上一定阻值的負(fù)載電阻，即可構(gòu)成對(duì)酒精氣體濃度 的檢測部分。這樣，一個(gè)完整的基于 AT89S51 單片機(jī)酒精濃度探測儀就設(shè)計(jì)出來了。之前顯示的是酒精濃度值與電壓的對(duì)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