【正文】 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。 MOV B,51 DIV AB MOV 7DH,A MOV A,B MOV B,10 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B ACALL DIV16 MOV 7EH,R6 MOV A,R2 MOV B,10 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B ACALL DIV16 MOV 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。即每次的初始化將上次存儲的數(shù)據(jù)全部清除，用于存放當前要存儲的數(shù)據(jù)。 打開 Microcontrmller ISP Software，在菜單 options 選項中選擇 select device，在彈出的窗口中選擇器件 AT89S51，并選 Byte Mode 點擊 OK。 8段共陰數(shù)碼管由 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g、 dg 這 8 個發(fā)光二極管組成。單片機引腳 － 連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出端 D0﹑ D1﹑ D2﹑ D3﹑ D4﹑ D5﹑ D6﹑ D7 端，用于讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。采用查詢方式對輸入模擬信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)通過三位八段數(shù)碼管顯示。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。因為電路中接的是石英晶體，所以設計中接的兩個電容 C1和 C2 的容量都為 33pF。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號，輸出。 畢業(yè)設計（論文） 9 圖 6 AT89S51 芯片管腳 VCC：運行和程序校驗時接 電源正端。 當其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面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氣體濃度的變化而變化。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。 圖 1 系統(tǒng)總框圖 信號采集電路 氣體傳感器的選擇 根據(jù)被檢測氣體的不同，氣敏傳感器可分為以下三類 : （ 1）可燃性氣體氣敏傳感器。 （ 2）系統(tǒng)總體方案的設計。 本文主要研究工作 本文以 AT89S51 單片機為核心，設計了用于測量酒精濃度的探測儀，主要研究工作包括以下 3 個方面。 納米科學技術 (Nano— ST)是研究尺寸在 — 100nm 的物質(zhì)組成體系的運動規(guī)律和相畢業(yè)設計（論文） 2 互作用以及可能的實際應用中的技術問題的科學技術。 目前，氣敏傳感器領域還存在一些問題。（ 3）對設計的傳感器進行了標定。 根據(jù)以上內(nèi)容選定技術方案。 基本內(nèi)容和技術方案 敏感部分由二氧化錫的 N 型半導體微晶燒結(jié)層構(gòu)成的 MQ3 型氣敏傳感器，當其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面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氣體的濃度的變化而變化。傳感器應用廣泛，在各個領域都有著舉足輕重的作用，所以傳感器不斷向高精度，高可靠性，微型化，微功耗無源化和智能化數(shù)字化發(fā)展，以便更好的服務于我們的生產(chǎn)和生活。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 酒精濃度探測儀在生產(chǎn)中也有重要的應用，比如，在一些環(huán)境要求嚴格的生產(chǎn)車間，用這種酒精濃度探測儀，可隨時檢測車間內(nèi)的酒精氣體濃度，當酒精氣體濃度高于允許限定值時要及時通風換氣，做到安全生產(chǎn)。32 條雙向輸入輸出線，每條均可以單獨做 I/O 的控制。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]。設計中選用的石英晶體大小為 ,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。因為與串聯(lián)回路相接的內(nèi)部參考電壓為，所以相鄰分壓端之間的 電壓差為 。動態(tài)顯示需要時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU 時間多。因為 ADC0809 的模擬輸入端 IN0 與負載電阻的一端用導線連在了一起。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。根 據(jù) 7 段數(shù)碼管的字型碼如表 2 所示和移位寄存器 74LS164的邏輯功能，將對應的共陰極字型碼放在一個表格中，然后通過查表的方式找到要顯示的數(shù)字送移位寄存器驅(qū)動數(shù)碼管顯示。 電路連接好，并將調(diào)試程序代碼（注釋電壓到酒精濃度轉(zhuǎn)換關系代碼）燒寫到 AT89S51單片機上后，接上 +5V 電源開始調(diào)試。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。然后，再把電位器阻值從 0 開始逐漸調(diào)大，在每過一個 電壓后觀察相應發(fā)光二極管點亮，說明發(fā)光二極管顯示部分電路連接正確。對于被除數(shù)的移動，最簡單的辦法是把被除數(shù)向余數(shù)單元左移，把被除數(shù)左移后空出的低位存放商數(shù)，當除法完成后，被除數(shù)已全部移動到余數(shù)單元并逐次被減而得到余數(shù)，而被除數(shù)單元中內(nèi)容已成為商 數(shù)。而在處理過程中對于有些數(shù)據(jù)的處理，可能畢業(yè)設計（論文） 23 要碰到雙字節(jié)相除的情況。 畢業(yè)設計（論文） 21 圖 16 程序流程圖 單片機選擇 A/D通道地址 單片機 置位并啟動 A/D 測試 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ =1? 數(shù)碼管顯示 N Y 單片機初始化 開始 單片機讀取數(shù)據(jù)并作處理 畢業(yè)設計（論文） 22 程序代碼編寫 系統(tǒng)電源線 接通或者系統(tǒng)復位后，程序從主程序入口進入運行。移位寄存器 74LS164串行數(shù)據(jù)輸入端與前一位的并行輸出最高位相連，第一位移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端與單片機的數(shù)據(jù)輸出端 連接。 當檢測到酒精氣味時，氣敏傳感器的 AB 間電阻變小， LM3914 的 5 端電位升高，通過比較放大，驅(qū)動發(fā)光二極管依次發(fā)光，從而區(qū)分出酒精含量的高低，直觀的看出所測的酒精濃度達到了哪個水平值，起到報警的作用。單片機的 RD 端 與 進過或非門后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 OE 端子用導線相連接，作為單片機讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀信號。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復位。 圖 9 ADC0809 芯片 IN0~IN7： 8 路模擬量輸入端。石英晶體的兩端分別接到引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2，同時石英晶體的兩端分別接一個電容 C1 和 C2，電容的另一端接地。 —— RXD 串行口輸入口， —— TXD 串行口輸出口， —— INT0 外部中斷 0 輸入， —— INT1 外部中斷 1 輸入， —— T0 定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入， —— T1 定時器 /計數(shù)器 1的外部輸入， —— WR 低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通， —— RD 低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。它集 Flash 程序存儲器，既可在線編程也可以用傳統(tǒng)方法進行編程及 通用 8 位微處理器于單片芯片中，可靈活應用于各種控制領域。 MQ3 的兩個 A 引腳相連，作為敏 感體電阻的一個電極。 （ 4）在一些應用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。 硬件系統(tǒng)框圖 基于 AT89S51 單片機用 MQ3 型氣體傳感器實現(xiàn)酒精氣體濃度的檢測，需要信號采集模塊用于對酒精濃度信號的采集，該信號是通過 MQ3 氣體傳感器和負載電壓得到分壓電信號。再通過反復多次測量多組數(shù)據(jù)，求其平均值的方法來縮小測量誤差。 機動車駕駛?cè)藛T“酒后駕車” 及“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故 , 嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。 SnO2是一種廣普型的氣敏材料，圍繞 SnO2為基體材料的氣敏材料的制備及其氣敏元件制備的研究課題十分活躍。我國傳感器 4 大類中，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的 %。 第 17 周：準備論文答辯。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。 要求完成的主要任務： 查閱不少于 15 篇的相關資料，其中英文文獻不少于 2 篇，完成開題報告。也有選擇以其他氧化物為基本材料制成的傳感器，如選二氧化鈦作為氣體傳感材料。 發(fā)光二極管顯示選用集成驅(qū)動器 LM3914。 第 16 周：完成并修改畢業(yè)論文。 displaying the concentration in the digital tube display module.(2)In the Software, linear conversion between the concentration of the alcohol and the voltage and the digital display of the final concentration value.(3) The designed sensor is calibrated. The design of gas sensor is responsive to the alcohol, can measure concentration in the effective range of its concentration. And in the low concentration of alcohol in the test the error is small with the maximum error %, meeting requirements of the design. The characteristics of the thesis are to determine the standard. The solutions and verification methods are proposed about the flow 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 Microputer畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 設計背景 我國傳感器市場的增長率超過 15%， 2020 年銷售額為 186 億元人民幣， 2020 年銷售額為 283 億元人民幣，預計 2020 年為 325 億元人民幣， 2020 年為 374 億元人民幣。用金屬氧化敏感材料制作的半導體式氣敏元件具有靈敏度高，結(jié) 構(gòu)簡單，體小質(zhì)輕，堅固耐用等優(yōu)點而得到廣泛的應用，目前仍以 SnO2材料為主 [3]。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應錯誤率顯著增加，當血液中酒精含量由 ‰ 增至 1‰ ，發(fā)生車禍的可能性便增加 5 倍，如果增至 ‰ ，可能性再增加 6 倍。用相同容量的塑料瓶配制好不同濃度的酒精溶液后，將它密封并放置一段時間，待其穩(wěn)定后再測量。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(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，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