【正文】 后再測量。工作的重點應(yīng)放在該項目的技術(shù)難度上，此時可參考這一方面更詳細(xì)、更具體的資料，根據(jù)系統(tǒng)的不同部分和要實現(xiàn)的功能，參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的性能，提出合理而可行的技術(shù)指標(biāo)，編寫出設(shè)計任務(wù)書，從而完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計。由于單片機(jī)在執(zhí)行程序時人工是無法控制的，為了能夠調(diào)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(jī)，并且能隨時觀察運行的中間過程而不改變運行中有的數(shù)據(jù)性能和結(jié)果，從而進(jìn)行模擬現(xiàn)場的真實調(diào)試。 （ 2） CO 和 H2 氣敏傳感器。 （ 3）配有人機(jī)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(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 檢測電路 如 圖 4 所示， 當(dāng)電源開關(guān) 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(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時，對應(yīng)的電位器的分壓值也會發(fā)生相應(yīng)的變化，即一個電壓值對應(yīng)著一個被測酒精氣體濃度。 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)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(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。 XTAL1：輸入到單片機(jī)內(nèi)部振蕩器的反相放大器。 P3 口： 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電路，提供各種替代功能。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計包括電源，晶振和復(fù)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(gòu)成并聯(lián)諧振電路 。 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，當(dāng)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(fù)位鍵以重新啟動，所以復(fù) 位電路的設(shè)計很有必要。下面說明各引腳功能 。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，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 端信號的頻率是單片機(jī)時鐘頻率的 1/6。 單片機(jī)引腳 與 進(jìn)過或非門后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 的 ALE 端 和 START 端子用導(dǎo)線相連接 ，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片寫入 數(shù)據(jù)的寫信號。 圖 10 ADC0809 與單片機(jī) 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(qū)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(fù)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(qū)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(qū)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(zhuǎn)換的作用。 對于 8051 系列 單片機(jī)，現(xiàn)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(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 IN0 通道，再根據(jù)單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接，單片機(jī)在選擇讀寫地址時應(yīng)該為 7FF8H。 TEST:MOV DPTR,7FF8H SETB MOVX DPTR,A JB ,$ MOVX A,DPTR RET 把轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓值讀取到單片機(jī)后，因為，實際的電壓值范圍在 0～ +5V 之間，而 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對應(yīng)的是 8 位精度的處理，即從 00000000B 到 11111111B，所以單片機(jī)還要對它作個除 51 的處理工作。即首先，單片機(jī)要對采集到的數(shù)據(jù)在哪個區(qū)間作個判斷 跳轉(zhuǎn) ，然后再根據(jù)該區(qū)間的線性關(guān)系作轉(zhuǎn)換 ，得到對應(yīng)的酒精濃度值 。除法運算是按位進(jìn)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(shù)左移一位，二是余數(shù)減除數(shù)，最后根據(jù)是否減來置商位為 1 或 0。 打開 MedWin 軟件，將寫好的調(diào)試程序代碼在計算機(jī)上輸入、匯編、修改、產(chǎn)生代碼 ，形成輸入輸出口實驗 .HEX文件。據(jù)此，可以寫出雙字節(jié)除法的程序代碼。 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(qū)動電路 74LS164 并行輸出，以同時驅(qū)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。所以單片機(jī)在 將地址7FF8H 寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片后， 一方面 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片鎖存地址選擇線的狀態(tài)，從而選通相應(yīng)的模擬通道，同時啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換。因為 在程序中每次對模數(shù)轉(zhuǎn)換后讀取的數(shù)據(jù)，需要相應(yīng)的存儲空間，同時對讀取的數(shù)據(jù)作適當(dāng)處理后也要送到特定的存儲空間存儲起來，以供后面的數(shù)碼管顯示用。 程序流程 當(dāng)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(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。單片機(jī)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(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用 CPU 時間 少 。 輸入靈敏度可以通過負(fù)載電阻的 調(diào)節(jié) 來實現(xiàn) ，即對地 電阻調(diào)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(lián)回路的 10 個分壓端。單片機(jī)引腳 與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 EOC 端經(jīng)過或非門后的輸出端用導(dǎo)線相連接，用于單片機(jī)對模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的查詢，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后可以查詢到 為高電平，為單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。由于 ADC0809 具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)瑣存器，其 8 位數(shù)據(jù)輸出端可以直接與數(shù)據(jù) 總線相連。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 CLK：時鐘脈沖輸入端。 21~28： 8 位數(shù)字量輸出端 。 如圖 7 所示， 10μF 的電容 C3 與 270Ω 的電阻并聯(lián)后再與一個 10KΩ的電阻串聯(lián)，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(yán)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(jī)在最小系統(tǒng)設(shè)計上會有一些差別。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 RST：復(fù)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(biāo)準(zhǔn)功能： 4KBFlash 閃存存儲器， 128B 內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線，看門狗，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全 雙工串行通信口，片內(nèi)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(shù)參數(shù)，即加熱電阻和敏感體電阻的大小，該部分應(yīng)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(shè)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(zhuǎn) 換模塊用來把采集到得模擬電壓信號轉(zhuǎn)換位可以用單片機(jī)處理的數(shù)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(xì)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(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 單片機(jī)開發(fā)流程 （ 1）可行性調(diào)研。通過多個樣品的測量確定多個濃度區(qū)間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)， 并 將每個區(qū)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系近似線性化處理，然后通過軟件 編程 的方法 來 實現(xiàn)。人飲酒后 , 酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收 , 經(jīng)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(dāng)廣泛的應(yīng)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(yīng)，產(chǎn)生誤報。 近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它將不僅促進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是 21 世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)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(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 摘 要 ..............................................................................................................................................I Abstract........................................................................................................................................... II 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 設(shè)計背景 .................................................................................................................................. 1 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀 .......................................................................................................... 1 設(shè)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(shè)計與實現(xiàn) ................................................................................................................. 4 單片機(jī)開發(fā)流程 ...................................................................................................................... 4 硬件系統(tǒng)框圖 .......................................................................................................................... 4 信號采集電路 .......................................................................................................................... 5 信號轉(zhuǎn)換電路 .......................................................................................................................... 8 發(fā)光二極管顯示報警電路 .................................................................................................... 14 數(shù)碼管顯示電路 .................................