【正文】 后再測量。工作的重點應放在該項目的技術難度上，此時可參考這一方面更詳細、更具體的資料，根據系統(tǒng)的不同部分和要實現的功能，參考國內外同類產品的性能，提出合理而可行的技術指標，編寫出設計任務書，從而完成系統(tǒng)總體方案設計。由于單片機在執(zhí)行程序時人工是無法控制的，為了能夠調試程序，檢查硬件、軟件運行情況，這就需要借助某種開發(fā)工具模擬用戶實際的單片機，并且能隨時觀察運行的中間過程而不改變運行中有的數據性能和結果，從而進行模擬現場的真實調試。 （ 2） CO 和 H2 氣敏傳感器。 （ 3）配有人機接口軟件的中心監(jiān)測和控制系統(tǒng)。 圖 3 MQ3 靈敏度特性曲線 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 7 檢測電路 如 圖 4 所示， 當電源開關 S 斷 開時，傳感器加熱電流為零，實測 A， B 之間電阻 大于 20MΩ。 MQ3 的加熱電阻兩端即 H 引腳接至 +5V 直流穩(wěn)壓電源，用于電阻絲對敏感體電阻的加熱。 當氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時，對應的電位器的分壓值也會發(fā)生相應的變化，即一個電壓值對應著一個被測酒精氣體濃度。 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機，片內含 4K 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。 XTAL1：輸入到單片機內部振蕩器的反相放大器。 P3 口： 8 位、準雙向 I/O 口，具有內部上拉電路，提供各種替代功能。 單片機最小系統(tǒng)的設計包括電源，晶振和復位電路三個部分。如圖 8 所示， 石英晶體及電容 C1 和 C2 接在放大器的反饋回路中構成并聯諧振電路 。 復位是單片機的初始化操作，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，可以按復位鍵以重新啟動，所以復 位電路的設計很有必要。下面說明各引腳功能 。 OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。此地址經譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 ALE 端信號的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6。 單片機引腳 與 進過或非門后于模數轉換芯片 的 ALE 端 和 START 端子用導線相連接 ，用于對模數轉換芯片寫入 數據的寫信號。 圖 10 ADC0809 與單片機 AT89S51 接口電路 發(fā)光二極 管顯示報警 電路 發(fā)光二極管集成驅動芯片 LM3914 的管腳圖如圖 11 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。如圖 13 所示。移位寄存器在電路中一是驅動數碼管點亮，二是對輸入的串行數據并行輸出，起到串并轉換的作用。 對于 8051 系列 單片機，現有四種語 言支持，即匯編、 PL/M、 C 和 BASIC。 程序流程圖如圖 16 所示。模擬電壓的輸入端接在模數轉換芯片的 IN0 通道，再根據單片機與模數轉換芯片的連接，單片機在選擇讀寫地址時應該為 7FF8H。 TEST:MOV DPTR,7FF8H SETB MOVX DPTR,A JB ,$ MOVX A,DPTR RET 把轉換后得到的數字電壓值讀取到單片機后，因為，實際的電壓值范圍在 0～ +5V 之間，而 ADC0809 模數轉換芯片對應的是 8 位精度的處理，即從 00000000B 到 11111111B，所以單片機還要對它作個除 51 的處理工作。即首先，單片機要對采集到的數據在哪個區(qū)間作個判斷 跳轉 ，然后再根據該區(qū)間的線性關系作轉換 ，得到對應的酒精濃度值 。除法運算是按位進行的，每一位是一個循環(huán)，每個循環(huán)中要作三件事，一是被除數左移一位，二是余數減除數，最后根據是否減來置商位為 1 或 0。 打開 MedWin 軟件，將寫好的調試程序代碼在計算機上輸入、匯編、修改、產生代碼 ，形成輸入輸出口實驗 .HEX文件。據此，可以寫出雙字節(jié)除法的程序代碼。 數碼管顯示選用 的是靜態(tài)顯示的方法，要在每次顯示數據時把要顯示的 3 個位按順序串行送到數碼管集成驅動電路 74LS164 并行輸出，以同時驅動 3 個數碼管同時點亮。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。所以單片機在 將地址7FF8H 寫入模數轉換芯片后， 一方面 模數轉換芯片鎖存地址選擇線的狀態(tài)，從而選通相應的模擬通道，同時啟動模數轉換。因為 在程序中每次對模數轉換后讀取的數據，需要相應的存儲空間，同時對讀取的數據作適當處理后也要送到特定的存儲空間存儲起來，以供后面的數碼管顯示用。 程序流程 當檢測到酒精氣味時，氣 體 傳感器 MQ3 兩個電極端 AB 間電阻 將 變小， 對應與氣體傳感器負載電阻的分壓將變大。單片機引腳 用于給移位寄存器提供移位的時鐘脈沖，該引腳與三個移位寄存器的時鐘 輸入端 CLK 相連。靜態(tài) 顯示數據穩(wěn)定，占用 CPU 時間 少 。 輸入靈敏度可以通過負載電阻的 調節(jié) 來實現 ，即對地 電阻調小時靈敏度下降；反之，靈敏 度增加。 10 個電壓比較器的同相輸入（ +）端分別接到10 個等值電阻（ 1KΩ）串聯回路的 10 個分壓端。單片機引腳 與模數轉換芯片的 EOC 端經過或非門后的輸出端用導線相連接，用于單片機對模數轉換是否結束的查詢，模數轉換結束后可以查詢到 為高電平，為單片機讀取數據作準備。由于 ADC0809 具有三態(tài)輸出數據瑣存器，其 8 位數據輸出端可以直接與數據 總線相連。下降沿啟動 A/D 轉換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉換正在進行。 CLK：時鐘脈沖輸入端。 21~28： 8 位數字量輸出端 。 如圖 7 所示， 10μF 的電容 C3 與 270Ω 的電阻并聯后再與一個 10KΩ的電阻串聯，電容的正極端接到電源的正極，電容的另一端接至引腳 RST。 對于外接電容 C1 和 C2 的大小雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小還是 會對振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來一定的影響。 針對不同型號的單片機在最小系統(tǒng)設計上會有一些差別。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 10 RST：復位輸入信號，高電平有效。 P0 口： 8 位漏極開路的 。AT89S51 提供以下標準功能： 4KBFlash 閃存存儲器， 128B 內部 RAM， 32 個 I/O 口線，看門狗，兩個數據指針，兩個 16 位定時 /計數器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全 雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。 在采樣硬件電路中實際要考慮到 MQ3 的實際技術參數，即加熱電阻和敏感體電阻的大小，該部分應與電源正極相連。 MQ3 的兩個 B 引腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個電極。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。 本設計中的酒精氣體 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。由于我國管道煤氣中 H2 含量很高，而氫敏元件較氧化碳元件價格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報警更為適宜。信號轉 換模塊用來把采集到得模擬電壓信號轉換位可以用單片機處理的數字信號。一旦總體方案確定下來，下一步的工作就是將該項目細化，即需明確哪些部分用硬件來完成，哪些部分用軟件來完成。武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 4 2 硬件電路設計與實現 單片機開發(fā)流程 （ 1）可行性調研。通過多個樣品的測量確定多個濃度區(qū)間的轉換標準， 并 將每個區(qū)間的轉換關系近似線性化處理，然后通過軟件 編程 的方法 來 實現。人飲酒后 , 酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收 , 經過血液循環(huán) , 約有 90%的酒精通過肺部呼氣排出 , 因此測量呼氣中的酒精含量 , 就可判斷其醉酒程度。 氣敏傳感器在家用電器中也有相當廣泛的應用。純 SnO2 的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定 性不高。由于在檢測氣體時，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，產生誤報。 近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉型的發(fā)展階段，新型傳感器的特點是微型化、數字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網絡化，它將不僅促進系統(tǒng)產業(yè)的改造，而且可導致建立新型工業(yè)和軍事變革，是 21 世紀新的經濟增長點 [1]。 對 于 流動空氣，樣品的穩(wěn)定性和水蒸氣 的影響 ，提出了解決方案和驗證方法。 指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 目 錄 摘 要 ..............................................................................................................................................I Abstract........................................................................................................................................... II 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 設計背景 .................................................................................................................................. 1 氣敏傳感器的研究現狀 .......................................................................................................... 1 設計酒精氣體傳感器的意義 .................................................................................................. 2 本文主要研究工作 .................................................................................................................. 2 2 硬件電路設計與實現 ................................................................................................................. 4 單片機開發(fā)流程 ...................................................................................................................... 4 硬件系統(tǒng)框圖 .......................................................................................................................... 4 信號采集電路 .......................................................................................................................... 5 信號轉換電路 .......................................................................................................................... 8 發(fā)光二極管顯示報警電路 .................................................................................................... 14 數碼管顯示電路 .................................