【正文】 四是 SnO2 元件有時(shí)由于靈敏度過(guò)大導(dǎo)致誤報(bào)，但是在檢測(cè)某些低濃度氣體時(shí)靈敏度卻難以達(dá) 到 要求 [2]。 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(wèn)題的科學(xué)技術(shù)。 設(shè)計(jì)酒精濃度探測(cè)儀 的意義 本設(shè)計(jì)基于 STC12C5A60S2 單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精氣體濃度探測(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。 本文主要研究工作 本文以 STC12C5A60S2 單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了用于測(cè)量酒精濃度的探測(cè)儀，主要研酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3 究工作包括 以下 3 個(gè)方面。 測(cè)量樣品時(shí)，將探頭盡量放入塑料瓶?jī)?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(lái)測(cè)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(guò)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。 圖 系統(tǒng)總框圖 酒精 氣敏傳感器 LM3914 發(fā)光二極管 單片機(jī) 數(shù)碼管 酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 信號(hào)采集 電路 氣體傳感器的選擇 根據(jù)被檢測(cè)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(cè)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。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。 圖 MQJ1檢測(cè)電路 信號(hào)采樣電路 信號(hào)的采樣模塊電路如圖 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(jī)已不僅指單片計(jì)算機(jī)，還包括微計(jì)算機(jī)，微處理器，微控制器和嵌入式控制器，單片微機(jī)已是它們的俗稱 [8]。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 電酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 源的接地端，為 STC12C5A60S2 單片機(jī)提供正常的工作電壓。下面說(shuō)明各引腳功能。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 ALE 端信號(hào)的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的 1/6。 ADC0809 與 89C51 單片機(jī)的接口電路如圖 所示 [11]。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(gè)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(shí)，共陰極端接地，給要發(fā)光顯示的二極管的陽(yáng)極端接高電平可使該發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。 酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 18 圖 整體電路圖 圖 酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 19 3 軟件編程 開(kāi)發(fā)環(huán)境 選用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為 Keil uVision3 單片機(jī) 開(kāi)發(fā)環(huán)境，只需在 PC 機(jī)上安裝 Keil uVision3 軟件，然后在 Keil uVision3 軟件 代碼編輯器編輯程序代碼，經(jīng) 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。 模數(shù)轉(zhuǎn)換 結(jié)束 后 ， 就 可以開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)了 。 sfr ADC_CONTR=0XBC。即首先，單片機(jī)要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)在哪個(gè)區(qū)間作個(gè)判斷 跳轉(zhuǎn) ，然后再根據(jù)該區(qū)間的線性關(guān)系作轉(zhuǎn)換 ，得到對(duì)應(yīng)的酒精濃度值 。 display(C)。 電路連接好，并將調(diào)試程序代碼 （注釋 電壓到酒精濃度轉(zhuǎn)換關(guān)系 代碼 ） 燒寫(xiě)到STC12C5A60S2 單片機(jī)上后，接上 +5V 電源開(kāi)始調(diào)試。準(zhǔn)備好若干個(gè)不同濃度的酒精氣體樣品，檢測(cè)氣體 傳感器 是否 能正常工作。 準(zhǔn)備多個(gè)不同濃度的酒精氣體樣品，從小到大，依次用氣敏傳感器檢測(cè)，記錄對(duì)應(yīng)的電壓值， 記錄 樣品的濃度和電壓值之間的關(guān)系 ，確定 傳感器的酒精濃度檢測(cè)大致范圍 ， 然后根據(jù)這個(gè)范圍 選擇 7 個(gè)合適的濃度值，多次測(cè)量電壓值，再取平均值作為最后電壓值，把 6 個(gè) 標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)間范圍定下來(lái)， 如表 3 所示。 MQJ1 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(cè)部分。本論文從選題，實(shí)驗(yàn)，到論文的寫(xiě)作，整 個(gè)過(guò)程得到了 李珍 老師的精心指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝。 void delay(unsigned char ms) { unsigned int i。 shi=s/10%10。 P2=0xfb。 // ADC_CONTR=0XE0。 //返回轉(zhuǎn)換結(jié)果 } main() { while(1) { m_data=ADC()。 } else C=0。 } else if(m_data1450) { 酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 29 C=*m_data47。 return ((ADC_RESamp。 酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 28 } } unsigned int ADC() { P1ASF=0X01。 P0=led[shi]。 qian=s/1000%10。 unsignedchar code led[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。隨著納米技術(shù)、薄膜技術(shù)等新材料研制成功，微機(jī)械與微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)等的綜合應(yīng)用，高性能的氣敏傳感器將會(huì)不斷出現(xiàn) 。 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=* 酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 ～ C=* ～ C=* ～ C=*V 5 結(jié)束語(yǔ) MQJ1 傳感器屬于金屬半導(dǎo)體電阻式傳感器，靈敏度高，響應(yīng)速度快，可重復(fù)性使用。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，然后才能建立酒精濃度值與顯示的映射關(guān)系。 然后，再把電位器阻值從 0 開(kāi)始逐漸調(diào)大，在每過(guò)一個(gè) 電壓后觀察相應(yīng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，說(shuō)明發(fā)光二極管顯示部分電路連接正確。 打開(kāi) Keic 軟件，將寫(xiě)好的調(diào)試程序代碼在計(jì)算機(jī)上輸入、匯編、修改、產(chǎn)生代碼，形成輸入輸出口實(shí)驗(yàn) .HEX 文件。 } else if(m_data1100) { C=*m_data。模擬電壓的輸入端接在模數(shù)轉(zhuǎn)換 的 IN0 通道， 然后啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間 ；最后把轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓值讀取到單片機(jī) 。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?臨時(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。 因?yàn)?模擬輸入端 IN0 與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的 顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU 時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。缺點(diǎn)是硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。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(yáng)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=。 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(guò)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。對(duì)于選用的 STC12C5A60S2 單片機(jī)，根據(jù)美國(guó) ATMEL 公司提供的技術(shù)資料，可以對(duì)它的最小系統(tǒng)作恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，如圖 6 所示 [9]。 圖 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(jiǎn)稱，在國(guó)內(nèi)也常稱為 “ 單片微機(jī) ” 或 “ 單片機(jī) ” 。 MQJ1酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7 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(yàn)，但要注意使空氣恢復(fù)到潔凈狀態(tài)。 MQJ1 型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物（二氧化錫）的 N 型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。毒性氣體傳感器又稱為環(huán)境有毒有害氣體傳感器，主要用于檢測(cè)煙氣、尾氣、廢氣等環(huán)境污染氣體，雖然 SnO2氣敏傳感器對(duì) CO， H2S 等有毒有害 氣體敏感，但應(yīng)用最多的仍是電解式化學(xué)傳感器。報(bào)警模塊 是對(duì)設(shè)定值提供報(bào)警功能，該功能用發(fā)光二極管顯示。在確定軟硬件功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者 的工作就開(kāi)始涉及到具體的問(wèn)題，如儀器的體積及與具體技術(shù)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案，軟件的總體規(guī)劃等。進(jìn)行這方面的工作，可參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，看是否有人進(jìn)行過(guò)類似的工作。一是外界環(huán)境流動(dòng)空氣對(duì)傳感器的影響和對(duì)氣體樣品的稀釋，二是樣品的穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量帶來(lái)的誤差，三是水蒸氣對(duì)測(cè)量的影響。當(dāng)然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測(cè)試儀，司機(jī)一進(jìn)入車內(nèi)檢測(cè)儀就檢測(cè)司機(jī)的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無(wú)法啟動(dòng)，這樣就可從根本上解決酒后駕車問(wèn)題。氣敏傳感器工作時(shí)，加熱器通電加熱，若無(wú)被檢氣體侵入時(shí)，氣敏元件的阻值基本不變當(dāng)氣敏元件表面產(chǎn)生吸附作用，其阻值將隨氣體濃度的變化變化。盡管 SnO2 基傳感材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，作為材料也存在一定缺點(diǎn)。摻有催化劑的氣敏元件接觸某些氣體后，活性組分被毒化，將會(huì)改變?cè)倪x擇性，降低其敏感度和穩(wěn)定性，另外催化劑本身也存在著不穩(wěn)定性問(wèn)題。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一類器件，用來(lái)對(duì)有害氣體，易燃易爆氣體等進(jìn)行安全檢測(cè)和報(bào)警，對(duì)生產(chǎn)生活中需要了解的氣體進(jìn)行檢測(cè)，分析，研究等。首先 通過(guò)氣敏傳感器MQJ1 完成了對(duì)空氣中酒精氣體濃度信號(hào)向 電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并利用集成芯片 LM3914和發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)了對(duì)其濃度的簡(jiǎn)單指示，在此基礎(chǔ)上，又利用單片機(jī) STC12C5A60S2和數(shù)碼管對(duì)其濃度具體數(shù)值進(jìn)行精確顯示，可滿足 生產(chǎn)、 生活中大多測(cè)量需求。 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(jī)率高達(dá) 27%。 （ 1）硬件電路方面， 對(duì) 氣體傳感器 MQJ1 根據(jù) 檢測(cè)電路 ， 接上一定阻值的負(fù)載電阻， 檢測(cè)它的技術(shù)參數(shù)，確定 MQJ1 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(guò) 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 4 個(gè)單位 8 段共陰