【正文】 w of air samples, the sample stability and water vapor. The conversion between voltage and concentration in different range is treated as linear relationship. The design of sensor can detect different the alcohol gas with different concentration. It plays an important role to solve the drunkdriving accidents and alcohol testing for special occasions after improvement.Key Words: Gas sensor, A/D conversion, Singlechip Microputer1 緒論 設計背景 我國傳感器市場的增長率超過15%，2003年銷售額為186億元人民幣，2006年銷售額為283億元人民幣，預計2007年為325億元人民幣，2008年為374億元人民幣。并且在檢測低濃度酒精時誤差較小，%滿足設計要求。第16周：完成并修改畢業(yè)論文。變化的電壓值送LM3914放大比較，驅動相應的發(fā)光二極管發(fā)光，顯示酒精濃度的高低。選用的開發(fā)平臺為MedWin單片機集成開發(fā)環(huán)境。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。本設計所選用的MQ3氣敏傳感器的敏感部分是由二氧化錫的N型半導體微晶燒結層構成，靈敏度高，響應速度快，可靠性好。氣體與人類的日常生活密切相關，檢測氣體是保護和改善我們居住環(huán)境的必要工作，要檢測氣體就少不了用到氣體傳感器。（請在以上相應方框內打“√”）作者簽名： 年 月 日導師簽名： 年 月 日武漢理工大學本科生畢業(yè)設計（論文）任務書學生姓名 黃制兵 專業(yè)班級 電子信息科學與技術0502指導教師 徐曉英 易迎彥 工作單位 理學院物理系設計（論文）題目：基于AT89S51單片機酒精濃度探測儀的設計與實現(xiàn)設計（論文）主要內容：要求設計并實現(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化為電信號，選擇適當?shù)姆糯笃鞣糯笃潆妷盒盘?，驅動發(fā)光二極管顯示酒精濃度的高度，同時利用模數(shù)轉換芯片將模擬信號進行轉化，并由單片機控制，最后用數(shù)碼管顯示。除了文中特別加以標注引用的內容外，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。用protel繪制其原理圖，完成整體電路的安裝與調試，并對實驗結果進行分析。當然，最好的辦法是在車內安裝這種測試儀，司機一進入車內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。單片機在整個傳感器中起操作和相應數(shù)據(jù)處理并送顯示的作用，是傳感器的核心部分。芯片內部有時鐘振蕩器，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)?？蛇x擇點狀顯示也可選擇條狀顯示。確定方案，完成開題報告。本文用AT89S51單片機與MQ3型氣體傳感器實現(xiàn)了對酒精濃度的測量，并對測量數(shù)據(jù)進行顯示，同時利用二極管簡單顯示濃度的高低，在設計允許值時發(fā)出報警。對不同的區(qū)間濃度和電壓轉換關系做線性化處理，簡化了硬件電路的設計。 由于氣體與人類的日常生活密切相關，對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少的手段，氣體傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。三是催化劑中毒。為改善其氣敏特性，常在SnO2基體中摻入貴金屬或其他金屬氧化物。吸油煙機等產品上常用MQ3型半導體氣敏傳感器，它采用旁熱式結構，陶瓷管內裝有高阻抗加熱絲，管外涂有梳狀金屬電極，金屬電極之外涂有SnO2材料，使SnO2燒結體位于兩電極之間[6]。開車司機只要將嘴對著傳感頭使勁吹氣，儀器就能發(fā)上顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。（3）為了盡量減少設計的氣體傳感器的測量誤差，在測量酒精溶液樣品時要考慮并解決3個主要問題。可行性調研的目的，是分析完成這個項目的可能性。由于硬件結構與軟件方案會相互影響，因此，從簡化電路結構、降低成本、減少故障率、提高系統(tǒng)的靈活性與通用性方面考慮，提倡軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來完成；但也應考慮軟件代硬件的實質是以降低系統(tǒng)的實時性、增加處理進行為代價的，而且軟件設計費用、研制周期也將增加，因此系統(tǒng)的軟硬件功能分配應根據(jù)系統(tǒng)的要求及實際情況而合理安排，統(tǒng)一考慮。數(shù)碼管顯示模塊是對單片機處理后的數(shù)字信號的顯示，用來顯示酒精的濃度。（3）毒性氣體傳感器。如圖2所示：圖2 MQ3特點:檢測范圍為10ppm～2000ppm ；靈敏度高，輸出信號為伏特級；響應速度快，小于10秒；，尺寸：D17*H10。此時如果將酒精溶液樣品靠近MQ3傳感器，我們立即可以看到數(shù)字萬用表顯示值馬上由原來大于120KΩ降至10KΩ以下。將電極斷A接到電源正極，電極端B接兩個270Ω并聯(lián)的電阻。負載電阻要根據(jù)MQ3實際的技術參數(shù)而選擇阻值合適的電阻。根據(jù)實際需要，本次設計選用的是以8051為核心單元Atmel公司的低耗AT89S51單片機。使用片外存儲器時，作低八位地址和數(shù)據(jù)分時復用，能驅動8個LSTTL上拉電阻。在振蕩器工作時，在RST上作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復位。對于選用的AT89S51單片機，根據(jù)美國ATMEL公司提供的技術資料，可以對它的最小系統(tǒng)作恰當?shù)脑O計，如圖8所示[9]。根據(jù)技術資料的推薦，使用石英晶體推薦電容容量為30pF177。,但復位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能夠保證給復位端RST提供大于2個機器周期的高電平復位信號[10]?！　DDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。要求時鐘頻率不高于640KHZ。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。地址選通端ADDA，ADDB，ADDC分別與單片機地址總線的低三位A0，A1，A2相連，用于選通IN0IN7中的某一通道。單片機的ALE端口接到D觸發(fā)器的時鐘信號輸入端CK，D觸發(fā)器的反相輸出端與觸發(fā)信號輸入端用導線相連，D觸發(fā)器的清零和復位端為低電平有效，分別接高電平，D觸發(fā)器的正向輸出端與模數(shù)轉換芯片的CLK端子用導線相連接，為模數(shù)轉換芯片提供正常的時鐘信號。為了驅動LED1發(fā)光，集成電路LM3914的1腳輸出應該為低電平，因此要求電壓比較器異相（）。圖12 發(fā)光二極管顯示 數(shù)碼管顯示電路發(fā)光二極管一般是砷化鎵半導體二極管，在發(fā)放光二極管兩端加上正向電壓，則發(fā)光二極管發(fā)光。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 時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。圖14 數(shù)碼管顯示電路 系統(tǒng)整體電路圖信號采樣模塊電路的輸出接到發(fā)光二極管顯示LM3914的輸入端，同時也將采樣信號輸出端接至A/D轉換芯片的輸入端，再加上單片機最小系統(tǒng)電路、單片機與模數(shù)轉換芯片的連接和單片機與數(shù)碼管顯示的連接，即可作出它的整體電路圖，如圖15所示。所以單片機在啟動測試模數(shù)轉換芯片之前要選擇通道0，寫入模數(shù)轉換芯片，然后啟動對通道IN0端輸入的采集電壓信號作模數(shù)轉換，等待轉換的結束。于是，對于程序的初始化程序代碼可以相應寫出[13]。最后將轉換后的數(shù)據(jù)讀取到單片機累加器A中。MOV B,51DIV ABMOV 7DH,AMOV A,BMOV B,10MUL ABMOV R6,AMOV R7,BACALL DIV16MOV 7EH,R6MOV A,R2MOV B,10MUL ABMOV R6,AMOV R7,BACALL DIV16MOV 7FH,R6經(jīng)過處理后實際采樣到的電壓值對應的各個位就分別存儲在7DH，7EH，7FH三個存儲單元里面了。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行。電路的連接順序是，先連接好各個模塊，在調試檢查正確的前提下再把各個模塊連接起來。調節(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。使最終顯示的數(shù)據(jù)為酒精濃度值。圖18 測試電路圖5 結束語MQ3傳感器屬于金屬半導體電阻式傳感器，靈敏度高，響應速度快，可重復性使用。即在車鑰匙上設計一個小吹管，由一組信號發(fā)射器連接至車上的電子控制組件，如果駕駛者在開門之前所做的酒精吹氣測試樣本被發(fā)現(xiàn)超過法定允許的標準值，則系統(tǒng)將使引擎維持在靜止狀態(tài)無法啟動。感謝武漢理工大學。隨著納米技術、薄膜技術等新材料研制成功，微機械與微電子技術、計算機技術等的綜合應用，高性能的氣敏傳感器將會不斷出現(xiàn)。將該信號通過A/D轉換，將模擬信號轉化為數(shù)字信號。%對于檢測濃度低的酒精誤差比檢測濃度高的酒精誤差小，這也是設計的該酒精濃度探測儀適合與檢測酒后駕車的原因，因為人在飲酒后，從呼吸道呼出的酒精氣體濃度一般都不是很高。準備多個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，記錄對應的電壓值，記錄樣品的濃度和電壓值之間的關系，如圖17所示。準備好若干個不同濃度的酒精氣體樣品，檢測氣體傳感器是否能正常工作。電路連接好，并將調試程序代碼（注釋電壓到酒精濃度轉換關系代碼）燒寫到AT89S51單片機上后，接上+5V電源開始調試。DIV16:MOV R5,0 MOV R4,51 MOV R3,0 MOV R2,0 MOV R1,16LP1:CLR C MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R7 RLC A MOV R7,A MOV A,R2 RLC A MOV R2,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A MOV A,R2 CLR C SUBB A,R4 JC NEXT MOV R0,A MOV A,R3 SUBB A,R5 JC NEXT INC R6 MOV R3,A MOV A,R0 MOV R2,ANEXT:DJNZ R1,LP1RET根據(jù)程序流程圖和各個子程序的編寫可以得到整個設計的總程序代碼，見附錄。數(shù)碼管顯示選用的是靜態(tài)顯示的方法，要在每次顯示數(shù)據(jù)時把要顯示的3個位按順序串行送到數(shù)碼管集成驅動電路74LS164并行輸出，以同時驅動3個數(shù)碼管同時點亮。為此，在第一位單字節(jié)除51后，接下來的小數(shù)部分位的除51則要作雙字節(jié)的除法，這樣才能保證使所有位能顯示出來。模擬電壓的輸入端接在模數(shù)轉換芯片的IN0通道，再根據(jù)單片機與模數(shù)轉換芯片的連接，單片機在選擇讀寫地址時應該為7FF8H。程序流程圖如圖16所示。對于8051系列單片機，現(xiàn)有四種語言支持，即匯編、PL/M、C和BASIC。移位寄存器在電路中一是驅動數(shù)碼管點亮，二是對輸入的串行數(shù)據(jù)并行輸出，起到串并轉換的作用。如圖13所示。圖11 LM3914管腳圖如圖12所示，LM3914的3和9引腳接電源正極，使發(fā)光二極管成柱狀顯示，7和8引腳接一個2K的電阻，控制發(fā)光二極管的亮度，5引腳為采樣信號的輸入端，10到18引腳和1引腳分別接發(fā)光二極管的負極端，4和2引腳與發(fā)光二極管的正極間接一個10μF的電容，作為發(fā)光二極管的虛電源，驅動要反光的二極管點亮。－，用于鎖存選擇模數(shù)轉換通道的地址。ADC0809與AT89S51單片機的接口電路如圖10所示[11]。表1 ADC0809通道地址ADDC ADDB ADDA 選通通道