【正文】 四年的風風雨雨，我們一同走過，充滿著關愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。本次畢業(yè)設計是對我大學四年學習下來最好的檢驗。大學四年學習生涯即將告以段落，在此要感謝四年以來一直對教學和指導工作認真負責，孜孜不倦的所有武漢理工大學理學院的老師們，同時還要感謝跟我一同學習的同學，他們給了我?guī)椭?、支持和動力，讓我度過了一個美好的大學生活。顯示濃度值小數(shù)部分前3位數(shù)字的結(jié)果是156。這時候可以配制幾個酒精溶液對調(diào)試電路作初步測試。按照設計的步驟，并對照總電路圖，在面包板上連接電路。思路明確后，實際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫出來。當然，在程序運行的過程當中，還要用到工作寄存器，因為工作寄存器都是臨時存儲數(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。因為每位數(shù)據(jù)串行輸出先輸出的是低位，所以數(shù)碼管引腳a、b、c、d、e、f、g、dg應順序與對應位的移位寄存器并行輸出端的0連接。改變7腳與8腳之間電阻的阻值可以調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的顯示亮度，當阻值增加亮度減弱，反之加強。用于單片機對模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的查詢，為單片機讀取數(shù)據(jù)作準備。下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。　 21~28：8位數(shù)字量輸出端。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。RST：復位輸入信號，高電平有效。AT89S51提供以下標準功能：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。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。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。信號轉(zhuǎn)換模塊用來把采集到得模擬電壓信號轉(zhuǎn)換位可以用單片機處理的數(shù)字信號。2 硬件電路設計與實現(xiàn) 單片機開發(fā)流程（1）可行性調(diào)研。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。純SnO2的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定性不高。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)絡化，它將不僅促進系統(tǒng)產(chǎn)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(jīng)濟增長點[1]。指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日目 錄摘 要 IAbstract II1 緒論 1 設計背景 1 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀 1 設計酒精氣體傳感器的意義 2 本文主要研究工作 22 硬件電路設計與實現(xiàn) 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(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 16 系統(tǒng)整體電路圖 183 軟件編程 20 開發(fā)環(huán)境 20 程序流程 20 程序代碼編寫 224 電路調(diào)試與測試結(jié)果 28 電路調(diào)試 28 濃度與顯示之間的關系 295 結(jié)束語 33參考文獻 34附 錄 35致 謝 38武漢理工大學畢業(yè)設計（論文）摘 要本設計實現(xiàn)了對不同濃度酒精的檢測和顯示，通過適當改進可以用于檢測酒后駕車。內(nèi)部有10個電壓比較器，可驅(qū)動10個發(fā)光二極管。雖然目前的二氧化鈦薄膜有電阻值高，工作溫度高，敏感性差的缺點，但是二氧化鈦薄膜具有良好的電學性能，優(yōu)異的光學性能，化學穩(wěn)定性高，機械強度高，且可用于多種氣體的檢測。掌握C51系列單片機原理及編程技術，熟悉ADC0809的工作原理及特性；熟悉數(shù)碼管顯示技術。 作者簽名： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關保障、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關學位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。當然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機一進入車內(nèi)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。芯片內(nèi)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)。確定方案，完成開題報告。對不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關系做線性化處理，簡化了硬件電路的設計。三是催化劑中毒。吸油煙機等產(chǎn)品上常用MQ3型半導體氣敏傳感器，它采用旁熱式結(jié)構(gòu)，陶瓷管內(nèi)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(jié)體位于兩電極之間[6]。（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。由于硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會相互影響，因此，從簡化電路結(jié)構(gòu)、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(zhì)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。（3）毒性氣體傳感器。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。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。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(qū)動8個LSTTL上拉電阻。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]。,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]。要求時鐘頻率不高于640KHZ。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。為了驅(qū)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（）。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(qū)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。所以單片機在啟動測試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之前要選擇通道0，寫入模數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀取到單片機累加器A中。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。調(diào)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。使最終顯示的數(shù)據(jù)為酒精濃度值。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。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。另外，我還要感謝大學四年和我一起走過的同學朋友對我的關心與支持，與他們一起學習、生活，讓我在大學期間生活的很充實，給我留下了很多難忘的回憶。再次對周巍老師表示衷心的感謝。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。在發(fā)光二極管顯示報警模塊中，將采集信號輸入二極管集成功率放大器，對該采集信號放大后驅(qū)動相應的發(fā)光二極管點亮，起到報警的作用。圖17 濃度與電壓關系曲線圖表3 樣品對應電壓值樣品濃度C(mL/mL)C1C2C3C4在酒精氣體濃度的每個小區(qū)間內(nèi)，將電壓值與數(shù)碼管顯示值之間的關系當作線性處理，即每段小區(qū)間對應著一個線性映射關系，如表4所示。用萬用表測量采樣點的電壓值，看用萬用表測得的電壓值與數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)是否一致。于是可以寫出顯示部分的程序代碼。模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的時間，這時可以開始對轉(zhuǎn)換是否結(jié)束進行不斷的查詢。 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。靜態(tài)顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用CPU時間少。其內(nèi)部的緩沖放大器最大限度的提高了該集成電路的輸入電阻（5腳），電壓輸入信號經(jīng)過緩沖器（增益為零）同時送到10個電壓比較器的異相（）輸入端。符合ADC0809對時鐘頻率的要求。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。復位操作有上電自動復位、按鍵電平復位和外部脈沖復位三種方式，本設計選用按鍵電平復位方式。這是使單片機正常工作的必要外圍電路部分。XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。對酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為對電位器分壓的采樣。S接通，則f，f之間電流由開始時155mA降至153mA而穩(wěn)定。CO氣敏元件可用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、汽車、家庭等CO泄露和不完全燃燒檢測報警；H2氣敏元件除應用于工業(yè)等領域外，主要用于家庭管道煤氣泄露報警。（3）設計方案細化，確定軟硬件功能。因為原始的采樣值是一個間接的負載分壓值，需要將它轉(zhuǎn)化為被測酒精濃度值。當然，在己獲得明顯進展的納米傳感領域中尚存在很多問題，從敏感材料到制作技術都很不成熟，其性能也有不盡人意的地方[5]。二是選擇性差。本文的特色在于標準的確定。單片機不斷采集經(jīng)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換后的變化的電壓值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理交數(shù)碼管顯示。MQ3型氣敏傳感器靈敏度高，響應速度快。本設計基于AT89S51單片機設計的酒精濃度探測儀，可用來檢測酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測司機的酒精含量。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。本學位論文屬于保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書不保密囗 。完成不少于5000字的英文文獻翻譯。目前，氣敏傳感器已有較高的精度，可達萬分之一以上。ADC0809為8路8位的A/D轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫耍D(zhuǎn)換時間為100μs，模擬輸入電壓值范圍是0～+5V，+5V電壓供電。論文主要研究了（1）硬件方面，MQ3氣體傳感器技術參數(shù)的檢測和將它接入到酒精濃度檢測模塊中；將模擬電壓信號放大驅(qū)動發(fā)光二極管點亮報警；將采集到的模擬電壓信號通過單片機控制經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字電壓信號；用于顯示濃度的數(shù)碼管顯示模塊。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測出來，并轉(zhuǎn)化為電信號的一類器件，用來對有害氣體，易燃易爆氣體等進行安全檢測和報警，對生產(chǎn)生活中需要了解的氣體進行檢測，分析，研究等。盡管SnO2基傳感材料具有許多優(yōu)點，作為材料也存在一定缺點。當然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機一進入車內(nèi)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。進行這方面的工作，可參考國內(nèi)外有關資料，看是否有人進行過類似的工作。報警模塊是對設定值提供報警功能，該功能用發(fā)光二極管顯示。 MQ3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物（二氧化錫）的N型半導體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。MQ3型氣敏傳感器與電位器串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，采樣點為電位器的分壓。AT89S51芯片有40條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖6所示。/VCC：片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。10pF，使用陶瓷諧振器推薦電容容量為40pF177。如表1所示。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。把模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的A2﹑A1﹑A0端分別用導線連接到地址鎖存器的低三位，用于選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道。數(shù)碼管是由若干發(fā)光二極管組合而成的，有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)形。圖15 整體電路圖3 軟件編程 開發(fā)環(huán)境選用的開發(fā)平臺為MedWin單片機集成開發(fā)環(huán)境，只需在PC機上安裝MedWin軟件，然后在MedWin軟件代碼編輯器編輯程序代碼，經(jīng)匯編，修改，產(chǎn)生代碼。START:MOV R7,60HMOV R0,20HCLR ALOOP:MOV R0,AINC R0DJNZ R7,LOOP初始化程序從數(shù)據(jù)存儲器地址為20H單元開始，到80H單元全部清零。模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓量被單片機讀取后還要作一定的數(shù)據(jù)處理，其中包括把電壓值轉(zhuǎn)換為與之相對應的酒精濃度值，根據(jù)總體設計思路，對電壓值都近似作對應區(qū)間的線性轉(zhuǎn)換。打開MedWin軟件，將寫好的調(diào)試程序代碼在計算機上輸入、匯編、修改、產(chǎn)生代碼。圖17 調(diào)試電路圖 濃度與顯示之間的關系 傳感器的定標在系統(tǒng)電路調(diào)試正確以后，要作改進工作，使數(shù)碼管上正確顯示所測的酒精氣體濃度值。當傳感器的敏感部分吸附有酒精分子時，表面的導電電子比例就會發(fā)生變化，從而其表面電阻會隨著被測酒精氣體濃度的不同而發(fā)生相應的變化，且這種變化是可逆的，可重復使用。 黃制兵