【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 好，因而傳感器本身體積也是越小越好，這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù)，目前利用硅材料制作的傳感器體積已經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。 （ 4） 向微功耗及無(wú)源化發(fā)展：傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作 7 時(shí)離不開(kāi)電源，在野外現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電 池供電或用太陽(yáng)能等供電，開(kāi)發(fā)微功耗的傳感器及無(wú)源傳感器是必然的發(fā)展方向，這樣既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命。目前，低功耗損的芯片發(fā)展很快，如 TI2702 運(yùn)算放大器，靜態(tài)功耗只有 ，而工作電壓只需 2~5V。 （ 5） 向智能化數(shù)字化發(fā)展：隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號(hào)（如 0~10mV），而是經(jīng)過(guò)微電腦處理好后的數(shù)字信號(hào)，有的甚至帶有控制功能，這就是所說(shuō)的數(shù)字傳感器。 8 第 3 章 方案論證 氣體傳感器的選擇 MQ3 基本介紹 一個(gè)新型的氣體檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該包括： （ 1） 基于一種或幾種傳感技術(shù)的氣體傳感器 。 （ 2） 組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭 。 （ 3）配有人機(jī)接口軟件的中心監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng) 。 （ 4）在一些應(yīng)用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。 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 。 如圖 31 所示 ： 圖 31 特點(diǎn) :檢測(cè)范圍為 10ppm～ 2020ppm 靈敏度高，輸出信號(hào)為伏特級(jí)； 響應(yīng)速度快，小于 10 秒； 功耗 ≤ ， 尺寸： D17*H10 連續(xù)工作使用壽命大于 三 年，可靠性好?？筛鶕?jù)用戶(hù)要求調(diào)整外型 參數(shù)提供應(yīng)用設(shè)計(jì)服務(wù) 。 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(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。當(dāng)其表面吸附有被測(cè)氣體酒精分子時(shí)，表面導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而其表面電阻會(huì)隨著被測(cè)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(fù)使用。 MQ3 的 靈敏度特性曲線 如 圖 32所示： 9 靈敏度特性曲線 圖 32 MQ3 的檢測(cè) 圖 33 如 圖 33 所示，當(dāng)電源開(kāi)關(guān) S 斷開(kāi)時(shí)，傳感器加熱電流為零，實(shí)測(cè) A， B 之間電阻 20M 歐。 S 接通，則 f， f 之間電流由開(kāi)始時(shí) 155mA 降至 153mA 而穩(wěn)定。 加熱開(kāi)始幾秒鐘后 A， B 之間電阻迅速下降至 1M 歐以下，然后又逐漸上升至 20M 歐以上后并保持著。此時(shí)如果將內(nèi)盛酒精棉花的小瓶瓶口靠近傳感器，我們立即可以看 10 到數(shù)字萬(wàn)用表顯示值馬上由原來(lái)大于 20M 歐降至 1M 歐以下。移開(kāi)小瓶過(guò) 1540s 后，A， B 之間電阻恢復(fù)至大于 20M 歐。這種反應(yīng)可以重復(fù)試驗(yàn)，但要注意使空氣恢復(fù)到潔凈狀態(tài)。 編程語(yǔ)言的選擇 對(duì)于 8051 單片機(jī)，現(xiàn)有四種語(yǔ)言支持，即匯編、 PL／ M、 C 和 BASIC。 （ 1） BASIC 通常附在 PC 機(jī)上，是初學(xué)編程的第一種語(yǔ)言。一個(gè)新變量名定義后可在程序中做變量 使用，非常易學(xué)，根據(jù)解釋的行可以找到錯(cuò)誤而不是當(dāng)程序執(zhí)行完才能出來(lái)。 BASIC 由于逐行解釋自然很慢，每一行必須在執(zhí)行時(shí)轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼，需要花費(fèi)許多時(shí)間，不能做到實(shí)時(shí)性。 BASIC 為簡(jiǎn)化使用變量，所有變量都用浮點(diǎn)值。2＋ 2 這樣簡(jiǎn)單的運(yùn)算完全是浮點(diǎn)算術(shù)操作，因而程序復(fù)雜且執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)。即使是編譯 BASIC，也不能解決此浮點(diǎn)運(yùn)算問(wèn)題。 8052 單片機(jī)片內(nèi)固化有解釋 BASIC 語(yǔ)言，BASIC 適用于要求編程簡(jiǎn)單而對(duì)編程效率或運(yùn)行速度要求不高的場(chǎng)合。 （ 2） PL／ M 是 lntel 從 8080 微處理器開(kāi)始為其系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的編程語(yǔ) 言。它很像 PASCAL，是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，但它使用關(guān)鍵字去定義結(jié)構(gòu)。 PL／ M 編譯器像好的匯編器一樣可產(chǎn)生緊湊代碼。 PL／ M 總的來(lái)說(shuō)是高級(jí)匯編語(yǔ)言，可詳細(xì)控制著代碼生成。但對(duì) 8051 系列， PL／ M 不支持復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算、浮點(diǎn)變量，也無(wú)豐富的庫(kù)函數(shù)支持。學(xué)習(xí) PL／ M無(wú)異于學(xué)習(xí)一種新語(yǔ)言。 （ 3） C 是一種源于編寫(xiě) UNIX 操作系統(tǒng)的語(yǔ)言，它是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生緊湊代碼。 C 結(jié)構(gòu)是以括號(hào) { }而不是字和特殊符號(hào)的語(yǔ)言。 C 可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制而不用匯編語(yǔ)言。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)： ＊對(duì)單片機(jī)指令系統(tǒng)不要求了解， 僅要求對(duì) 8051 的存貯器結(jié)構(gòu)有初步了解； ＊寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類(lèi)型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理； ＊程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化； ＊具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起能力，改善了程序的可讀性； ＊關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過(guò)程方式使用； ＊編程及程序高度調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率； ＊提供的庫(kù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力； ＊已編好程序可容易地植入新程序，因?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程技術(shù)。 11 C 語(yǔ)言作為一種非常方便的語(yǔ)言而得到廣泛的支持， C 語(yǔ)言程 序本身并不依賴(lài)于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不作修改就可根據(jù)單片機(jī)的不同較快地移植過(guò)來(lái)。 （ 4） 8051 匯編語(yǔ)言非常像其它匯編語(yǔ)言，指令系統(tǒng)比第一代微處理器要強(qiáng)一些。8051 的不同存貯器區(qū)域使得其復(fù)雜一些。盡管懂匯編語(yǔ)言不是你的目的，但看懂一些可幫助你了解影響任何語(yǔ)言效率的 8051 特殊限定。例如，懂得匯編語(yǔ)言指令就可使用在片 RAM 做變量的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠庾兞啃枰獛讞l指令才能設(shè)置累加器和數(shù)據(jù)指針進(jìn)行存取。要求使用浮點(diǎn)和啟用函數(shù)時(shí)只有具備匯編程經(jīng)驗(yàn)才能避免生成龐大的、效率低的程序，這需要考慮簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算或先算好的查表法 。最好的單片機(jī)編程者應(yīng)是由匯編轉(zhuǎn)用 C 而不是原來(lái)用過(guò)標(biāo)準(zhǔn) C語(yǔ)言的人。 從實(shí)用性和語(yǔ)言的熟悉程度考慮，選用匯編語(yǔ)言編制主要程序，用 C 語(yǔ)言輔助設(shè)計(jì)。 開(kāi)發(fā)工具 單片機(jī)選擇 單片機(jī)是把 CPU、內(nèi)存及 I／ O 壓縮在同一塊芯片 上，再外加一些電子元件便可以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)。如此一來(lái)可以降低硬件成本，由于單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的限制，在面積有限的芯片上無(wú)法設(shè)計(jì)出太大的內(nèi)存空間，因此單片機(jī)上ROM 及 RAM 的容量都比較小，不過(guò)卻也加入了位輸入輸出控制，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器及外部中斷的控制功能，有些單片機(jī)還有串行傳輸?shù)慕涌?，甚至還提供有 A／ D (模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換 )及 D／ A(數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換 )的接口，真可謂麻雀雖小五臟俱全。 8051 單片機(jī)是 INTEL 公司在 8048 的基礎(chǔ)上，對(duì)其功能加以改進(jìn)所開(kāi)發(fā)出來(lái)的 8位單片機(jī)，表 31是 8048 與 8051 硬 件功能的比較表。 從表中可以看出 8051 在功能上比 8048 強(qiáng)很多，程序代碼 (存于外部 ROM 中 )的設(shè)計(jì)空間如同傳統(tǒng) 8 位的單片機(jī)，像 Z80、 6502CPU 等，尋址至 64K字節(jié)的范圍，更甚者，其隨機(jī)存儲(chǔ)器 (存于外部 RAM 中 )可額外再尋址 64K 字節(jié)，這是 8051 特別優(yōu)異的一點(diǎn)，加上 I／ O 控制端口、中斷功能、定時(shí)器及串行接口，使得在一塊 8051 芯片上外加少許外接元件便可組成一個(gè)完整的單片機(jī)控制系統(tǒng)。 表 31 列出了 8051 系列的成員：其中 8751H 有可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，可以存放程序代碼，同時(shí)具有程 序保密的特性，可以防止程序代碼被任意 12 地拷貝，只是價(jià)格較貴。電路構(gòu)成類(lèi)型如為 CMOS 則耗電較低，而 8031 與 8051 的差別在于 8031 內(nèi)部本身沒(méi)有可存放程序代碼的存儲(chǔ)空間 (沒(méi)有內(nèi)部 ROM 的型態(tài) )，因此程序代碼必須由外部提供并外加 EPROM。 表 31 8048和 8051的功能比較 比較項(xiàng)目 8048 8051 指令周期 1us 內(nèi) 部 RAM 64 字節(jié) 128 字節(jié) 內(nèi)部 ROM 1K 字節(jié) 4K 字節(jié) 外部 RAM 256 字節(jié) 64K 字節(jié) 外部 ROM 4K 字節(jié) 64K 字節(jié) I／ O引腳數(shù) 27 32 中斷源 2 5 定時(shí)器 8 位 1 組 16 位 2 組 串行端口 無(wú) 一組 表 32 8051系列內(nèi)部 ROM和內(nèi)部 RAM的內(nèi)存容量 編號(hào) 電路類(lèi)型 ROM 存儲(chǔ)容量（字節(jié) ） RAM 存儲(chǔ)容量（字節(jié)） 8051AH HMOS 4K ROM 128 8031AH HMOS 沒(méi)有 128 8751H HMOS 4K EPROM 128 80C51 CMOS 4K ROM 128 80C31 CMOS 沒(méi)有 128 8052 HMOS 8K ROM 256 8032 HMOS 沒(méi)有 256 8051 主要功能列舉如下： 為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機(jī)； 芯片內(nèi)部有時(shí)鐘振蕩器 (傳統(tǒng)最高工作頻率可達(dá) 12MHZ)； 內(nèi)部只讀存儲(chǔ)器 (ROM)為 4K 字節(jié)； 13 內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器 (RAM)為 128 字節(jié)； 外部只讀存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64K字節(jié)； 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64K字節(jié)； 32 條雙向輸入輸出線，且每條均