【正文】 后再測(cè)量。工作的重點(diǎn)應(yīng)放在該項(xiàng)目的技術(shù)難度上，此時(shí)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(shí)現(xiàn)的功能，參考國(guó)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(jì)任務(wù)書，從而完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。由于單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)人工是無(wú)法控制的，為了能夠調(diào)試程序，檢查硬件、軟件運(yùn)行情況，這就需要借助某種開發(fā)工具模擬用戶實(shí)際的單片機(jī)，并且能隨時(shí)觀察運(yùn)行的中間過(guò)程而不改變運(yùn)行中有的數(shù)據(jù)性能和結(jié)果，從而進(jìn)行模擬現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)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(cè)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(jì)（論文） 7 檢測(cè)電路 如 圖 4 所示， 當(dāng)電源開關(guān) S 斷 開時(shí)，傳感器加熱電流為零，實(shí)測(cè) 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(duì)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(shí)，對(duì)應(yīng)的電位器的分壓值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，即一個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)著一個(gè)被測(cè)酒精氣體濃度。 AT89S51 是美國(guó) 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(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(jì)包括電源，晶振和復(fù)位電路三個(gè)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(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)，所以復(fù) 位電路的設(shè)計(jì)很有必要。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。 單片機(jī)引腳 與 進(jìn)過(guò)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(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片寫入 數(shù)據(jù)的寫信號(hào)。 圖 10 ADC0809 與單片機(jī) AT89S51 接口電路 發(fā)光二極 管顯示報(bào)警 電路 發(fā)光二極管集成驅(qū)動(dòng)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(gè) 2K 的電阻，控制發(fā)光二極管的亮度， 5 引腳為采樣信號(hào)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(gè) 10μF 的電容，作為發(fā)光二極管的虛電源，驅(qū)動(dòng)要反光的二極管點(diǎn)亮。如圖 13 所示。移位寄存器在電路中一是驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管點(diǎn)亮，二是對(duì)輸入的串行數(shù)據(jù)并行輸出，起到串并轉(zhuǎn)換的作用。 對(duì)于 8051 系列 單片機(jī)，現(xiàn)有四種語(yǔ) 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(shí)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?yàn)?，?shí)際的電壓值范圍在 0～ +5V 之間，而 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)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(duì)它作個(gè)除 51 的處理工作。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 。除法運(yùn)算是按位進(jìn)行的，每一位是一個(gè)循環(huán)，每個(gè)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(lái)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(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。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(shí)把要顯示的 3 個(gè)位按順序串行送到數(shù)碼管集成驅(qū)動(dòng)電路 74LS164 并行輸出，以同時(shí)驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。為此，在第一位單字節(jié)除 51 后，接下來(lái)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(lái)。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(shí)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換。因?yàn)?在程序中每次對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后讀取的數(shù)據(jù)，需要相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，同時(shí)對(duì)讀取的數(shù)據(jù)作適當(dāng)處理后也要送到特定的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)起來(lái)，以供后面的數(shù)碼管顯示用。 程序流程 當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣 體 傳感器 MQ3 兩個(gè)電極端 AB 間電阻 將 變小， 對(duì)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(shí)鐘脈沖，該引腳與三個(gè)移位寄存器的時(shí)鐘 輸入端 CLK 相連。靜態(tài) 顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用 CPU 時(shí)間 少 。 輸入靈敏度可以通過(guò)負(fù)載電阻的 調(diào)節(jié) 來(lái)實(shí)現(xiàn) ，即對(duì)地 電阻調(diào)小時(shí)靈敏度下降；反之，靈敏 度增加。 10 個(gè)電壓比較器的同相輸入（ +）端分別接到10 個(gè)等值電阻（ 1KΩ）串聯(lián)回路的 10 個(gè)分壓端。單片機(jī)引腳 與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 EOC 端經(jīng)過(guò)或非門后的輸出端用導(dǎo)線相連接，用于單片機(jī)對(duì)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(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 CLK：時(shí)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(gè) 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(duì)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(huì)對(duì)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(lái)一定的影響。 針對(duì)不同型號(hào)的單片機(jī)在最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)上會(huì)有一些差別。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 RST：復(fù)位輸入信號(hào)，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(chǔ)器， 128B 內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I/O 口線，看門狗，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全 雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 在采樣硬件電路中實(shí)際要考慮到 MQ3 的實(shí)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(gè) B 引腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個(gè)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(jì)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(guó)管道煤氣中 H2 含量很高，而氫敏元件較氧化碳元件價(jià)格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報(bào)警更為適宜。信號(hào)轉(zhuǎn) 換模塊用來(lái)把采集到得模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換位可以用單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。一旦總體方案確定下來(lái)，下一步的工作就是將該項(xiàng)目細(xì)化，即需明確哪些部分用硬件來(lái)完成，哪些部分用軟件來(lái)完成。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)開發(fā)流程 （ 1）可行性調(diào)研。通過(guò)多個(gè)樣品的測(cè)量確定多個(gè)濃度區(qū)間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)， 并 將每個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系近似線性化處理，然后通過(guò)軟件 編程 的方法 來(lái) 實(shí)現(xiàn)。人飲酒后 , 酒精通過(guò)消化系統(tǒng)被人體吸收 , 經(jīng)過(guò)血液循環(huán) , 約有 90%的酒精通過(guò)肺部呼氣排出 , 因此測(cè)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(cè)氣體時(shí)，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(bào)。 近年來(lái)，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(diǎn)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(zhǎng)點(diǎn) [1]。 對(duì) 于 流動(dòng)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(yàn)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(jì)（論文） 目 錄 摘 要 ..............................................................................................................................................I Abstract........................................................................................................................................... II 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 設(shè)計(jì)背景 .................................................................................................................................. 1 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀 .......................................................................................................... 1 設(shè)計(jì)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(jì)與實(shí)現(xiàn) ................................................................................................................. 4 單片機(jī)開發(fā)流程 ...................................................................................................................... 4 硬件系統(tǒng)框圖 .......................................................................................................................... 4 信號(hào)采集電路 .......................................................................................................................... 5 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 .......................................................................................................................... 8 發(fā)光二極管顯示報(bào)警電路 .................................................................................................... 14 數(shù)碼管顯示電路 .................................