【正文】 第 13 周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，明確研究內(nèi)容，了解研究所需理論知識和設(shè)計所需的元器件。相鄰分壓端之間的電壓差是 。芯片 內(nèi)部有時鐘振蕩器，只讀存儲器為 4K 字節(jié)，外部可擴充至 64K 字節(jié)， 128 字節(jié)的隨機存儲器，外部可擴充至 64K 字節(jié)。單片機在整個傳感器中起操作和相應(yīng)數(shù)據(jù)處理并送顯示的作用，是傳感器的核心部分。當(dāng)然，最好的辦 法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機一進(jìn)入車內(nèi)檢測儀就檢測司機的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無法啟動，這樣就可從根本上解決酒后駕車問題。 用 protel 繪制其原理圖，完成整體電路的安裝與調(diào)試，并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 （請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打 “√”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師 工作單位 理學(xué)院物理系 設(shè)計（論文）題目： 基于 AT89S51 單片機酒精濃度探測儀的設(shè)計與實現(xiàn) 設(shè)計（論文）主要內(nèi)容： 要求設(shè)計 并實現(xiàn) 一個基于 AT89S51 單片機的 酒精濃度探測儀 系統(tǒng)，其中 酒精傳感器 采用 MQ3 型 ， 利用該傳感器將酒精氣體濃度信號轉(zhuǎn)化為電信號，選擇適當(dāng)?shù)姆糯笃鞣糯笃潆妷盒盘?，?qū)動發(fā)光二極管顯示酒精濃度的高度，同時利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并由單片機控制，最后用數(shù)碼管顯示 。 氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，檢測氣體是保護(hù)和改善我們居住環(huán)境的必要工作，要檢測氣體就少不了用到氣體傳感器。本設(shè)計所選用的 MQ3 氣敏傳感器的敏感部分是由二氧化錫的 N 型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成，靈敏度高，響應(yīng)速度快，可靠性好。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。選用的開發(fā)平臺為 MedWin 單片機集成開發(fā)環(huán)境。 氣體傳感器遇到酒精氣體后，阻值發(fā)生變化，所要測的電壓發(fā)生相應(yīng)的變化。 第 1415 周：完成并提交論文，對論文進(jìn)行修改定稿。設(shè)計的傳感器對酒精氣體反應(yīng)靈敏，能在有效范圍內(nèi)測量它的濃度值。 conversing the voltage signal through the A/D conversion at the control of the singlechip, obtaining the digital voltage signal。一是元件的穩(wěn)定性差。 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)。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。 酒后駕車發(fā)生事故的機率高達(dá) 27%。 （ 1）硬件電路方面，對氣體傳感器 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，完成信號采樣電路的設(shè)計；采樣到的畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 模擬電壓電信號通過 A/D 轉(zhuǎn)換，得到可供單片機處理的數(shù)字信號，再由單片機作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；發(fā)光二極管報警顯示和 3 個單位 8 段共陰數(shù)碼管濃度值顯示。水蒸氣對 MQ3 的影響很小，這一點可以通過對只裝有純凈水的塑料瓶的多次測量來驗證。在進(jìn)行可行性調(diào)研后，如果可以立項，下一步工作就是系統(tǒng)總體方案的設(shè)計。但一次性成功的幾乎是不是不可能的。目前該類氣敏傳感器需求量最大，包含各種無機和有機類氣體檢測，主要用于抽油煙機、泄露報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普，特別是用于家庭氣體泄露報警，需求量不斷增加，使該類傳感器有著廣泛的發(fā)展空間。 （ 2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。 MQ3 的 靈敏度特性曲線如 圖 3 所示。 圖 4 MQ3 檢測電路 信號采樣電路 信號的采樣模塊電路如圖 5 所示。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用?，F(xiàn)在，單片微機已不僅指單片計算機，還包括微計算機，微處理器，微控制器和嵌入式控制器，單片微機已是它們的俗稱 [8]。 GND：接地。可以驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率固定速率輸出，可作為對外輸出的時鐘或用作外部定時脈沖。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。 對于復(fù)位電路部分， AT89S51 技術(shù)資料給出，當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復(fù)位。 圖 8 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 9 所示。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平 （ 轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 中。 表 1 ADC0809 通道地址 ADDC ADDB ADDA 選通通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 ADC0809 芯片內(nèi)部沒有時鐘脈沖源，可以用單片機提供的地址鎖存控制輸入信號 ALE經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻后，作為 ADC0809 的時鐘輸入。 ADC0809 與 AT89S51 單片機的接口電路如圖 10 所示 [11]。地址地址鎖存芯片 74LS373 的輸入端低三位分別與 單片機引腳 － 連接，用于鎖存選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的地址。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。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。電路連接如圖14 所示。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。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。 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。根據(jù)這思路可以寫出模數(shù)轉(zhuǎn)換的子程序代碼。 模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓量被單片機讀取后還要作一定的數(shù)據(jù)處理，其中包括把電壓值轉(zhuǎn)換為與之相對應(yīng)的酒精濃度值，根據(jù)總體設(shè)計思路，對電壓值都近似作對應(yīng)區(qū)間的線性轉(zhuǎn)換。對于多字節(jié)無符號數(shù)的除法，可以依照移位相減的基本方法來進(jìn)行。電路的連接順序是，先連接好各個模塊，在調(diào)試檢查正確的前提下再把各個模塊連接起來。調(diào)節(jié)電位器，觀察數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示的變化，同樣用萬用表測量電壓值作比較。圖 17所示是測量其中一個樣品溶液時顯示的數(shù)值。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 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) C1 C2 C3 C4 C 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。 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。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。于是可以寫出顯示部分的程序代碼。思路明確后，實際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫出來。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。 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。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。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 15 整體電路圖畢業(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(jìn)制 .HEX 文件。 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。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。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=。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。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。 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。 Vcc：電源，單一 +5V。 ALE： 地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。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。10pF。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。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。 P2 口： 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。下面說明各引腳功能。 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”。 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。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)。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。 酒精 氣敏傳感器 LM3914 發(fā)光二極管 ADC0809 單片機 數(shù)碼管 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(jìn)行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進(jìn)行分類的。根據(jù)各功能模塊的設(shè)計，可得到它的畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 系統(tǒng)總框圖，如圖 1 所示。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。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。針對這 3 個主要問題提出以下解決方案和驗證方法。 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)。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]。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]。靈敏度問題。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。 關(guān)鍵詞： 氣體傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機 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 me