【文章內容簡介】 要 求 工 作 溫 度 在 40176。C~85176。C 范 圍 ， 而 汽 車 鍋 爐 等 場 合 要 求 傳 感 器 工 作 在 20176。C ~120176。C， 在 冶 煉 、 焦 化 等 方 面 對 傳 感 器 的 溫 度 要 求 更 高 ， 因 此 發(fā) 展 新 興 材料 （ 如 陶 瓷 ） 的 傳 感 器 將 很 有 前 途 。 （3） 向 微 型 化 發(fā) 展 ： 各 種 控 制 儀 器 設 備 的 功 能 越 來 越 大 ， 要 求 各 個 部 件 體 積能 占 位 置 越 小 越 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 ， 目 前 利 用 硅 材 料 制 作 的 傳 感 器 體 積 已 經 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 加 工 技 術 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 源 化 發(fā) 展 ： 傳 感 器 一 般 都 是 非 電 量 向 電 量 的 轉 化 ， 工 作 時7離 不 開 電 源 ， 在 野 外 現(xiàn) 場 或 遠 離 電 網 的 地 方 ， 往 往 是 用 電 池 供 電 或 用 太 陽 能 等 供電 ， 開 發(fā) 微 功 耗 的 傳 感 器 及 無 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 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 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 單 一 的 模 擬 信 號 （ 如 0~10mV） ， 而 是 經 過 微 電 腦 處 理 好后 的 數 字 信 號 ， 有 的 甚 至 帶 有 控 制 功 能 ， 這 就 是 所 說 的 數 字 傳 感 器 。8第 3 章 方案論證 氣體傳感器的選擇 MQ3 基本介紹一個新型的氣體檢測系統(tǒng)應該包括：（1）基于一種或幾種傳感技術的氣體傳感器。（2）組合了氣體傳感器和采樣調理電路的探頭。（3）配有人機接口軟件的中心監(jiān)測和控制系統(tǒng)。（4）在一些應用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。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。如圖 31 所示：圖 31特點:檢測范圍為 10ppm～2022ppm 靈敏度高，輸出信號為伏特級；響應速度快，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脩粢笳{整外型參數提供應用設計服務。 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 型半導體微晶燒結層構成。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。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 圖 33如圖 33 所示，當電源開關 S 斷開時，傳感器加熱電流為零，實測 A，B 之間電阻20M 歐。 S 接通，則 f，f 之間電流由開始時 155mA 降至 153mA 而穩(wěn)定。加熱開始幾秒鐘后 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。此時如果將內盛酒精棉花的小瓶瓶口靠近傳感器，我們立即可以10看到數字萬用表顯示值馬上由原來大于 20M 歐降至 1M 歐以下。移開小瓶過 1540s后，A，B 之間電阻恢復至大于 20M 歐。這種反應可以重復試驗，但要注意使空氣恢復到潔凈狀態(tài)。 編程語言的選擇對于 8051 單片機，現(xiàn)有四種語言支持，即匯編、PL／M、C 和 BASIC。（1）BASIC 通常附在 PC 機上，是初學編程的第一種語言。一個新變量名定義后可在程序中做變量使用，非常易學，根據解釋的行可以找到錯誤而不是當程序執(zhí)行完才能出來。BASIC 由于逐行解釋自然很慢，每一行必須在執(zhí)行時轉換成機器代碼，需要花費許多時間，不能做到實時性。BASIC 為簡化使用變量，所有變量都用浮點值。2＋2 這樣簡單的運算完全是浮點算術操作，因而程序復雜且執(zhí)行時間長。即使是編譯 BASIC，也不能解決此浮點運算問題。8052 單片機片內固化有解釋 BASIC 語言，BASIC 適用于要求編程簡單而對編程效率或運行速度要求不高的場合。（2）PL／M 是 lntel 從 8080 微處理器開始為其系列產品開發(fā)的編程語言。它很像 PASCAL，是一種結構化語言，但它使用關鍵字去定義結構。PL／M 編譯器像好的匯編器一樣可產生緊湊代碼。PL／M 總的來說是高級匯編語言，可詳細控制著代碼生成。但對 8051 系列，PL／M 不支持復雜的算術運算、浮點變量，也無豐富的庫函數支持。學習 PL／M 無異于學習一種新語言。（3）C 是一種源于編寫 UNIX 操作系統(tǒng)的語言，它是一種結構化語言，可產生緊湊代碼。C 結構是以括號{ }而不是字和特殊符號的語言。C 可以進行許多機器級函數控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點：＊對單片機指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對 8051 的存貯器結構有初步了解；＊寄存器分配、不同存貯器的尋址及數據類型等細節(jié)可由編譯器管理；＊程序有規(guī)范的結構，可分為不同的函數，這種方式可使程序結構化；＊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；＊關鍵字及運算函數可用近似人的思維過程方式使用；＊編程及程序高度調試時間顯著縮短，從而提高效率；＊提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力；＊已編好程序可容易地植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術。11C 語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，C 語言程序本身并不依賴于機器硬件系統(tǒng)，基本上不作修改就可根據單片機的不同較快地移植過來。（4）8051 匯編語言非常像其它匯編語言，指令系統(tǒng)比第一代微處理器要強一些。8051 的不同存貯器區(qū)域使得其復雜一些。盡管懂匯編語言不是你的目的，但看懂一些可幫助你了解影響任何語言效率的 8051 特殊限定。例如，懂得匯編語言指令就可使用在片 RAM 做變量的優(yōu)勢，因為片外變量需要幾條指令才能設置累加器和數據指針進行存取。要求使用浮點和啟用函數時只有具備匯編程經驗才能避免生成龐大的、效率低的程序，這需要考慮簡單的算術運算或先算好的查表法。最好的單片機編程者應是由匯編轉用 C 而不是原來用過標準 C 語言的人。從實用性和語言的熟悉程度考慮，選用匯編語言編制主要程序，用 C 語言輔助設計。 開發(fā)工具 單片機選擇單片機是把 CPU、內存及 I／O 壓縮在同一塊芯片上，再外加一些電子元件便可以構成一套簡易的控制系統(tǒng)。如此一來可以降低硬件成本，由于單片機芯片設計及制造技術的限制，在面積有限的芯片上無法設計出太大的內存空間，因此單片機上ROM 及 RAM 的容量都比較小，不過卻也加入了位輸入輸出控制，計時計數器及外部中斷的控制功能，有些單片機還有串行傳輸的接口，甚至還提供有 A／D (模擬至數字轉換)及 D／A(數字至模擬轉換)的接口，真可謂麻雀雖小五臟俱全。8051 單片機是 INTEL 公司在 8048 的基礎上，對其功能加以改進所開發(fā)出來的8 位單片機，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 強很多，程序代碼(存于外部 ROM 中)的設計空間如同傳統(tǒng) 8 位的單片機，像 Z80、6502CPU 等，尋址至 64K 字節(jié)的范圍，更甚者，其隨機存儲器(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，加上 I／O 控制端口、中斷功能、定時器及串行接口，使得在一塊8051 芯片上外加少許外接元件便可組成一個完整的單片機控制系統(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器(EPROM)，可以存放程序代碼，同時具有程序保密的特性，可以防止程序代碼被任12意地拷貝，只是價格較貴。電路構成類型如為 CMOS 則耗電較低，而 8031 與 8051的差別在于 8031 內部本身沒有可存放程序代碼的存儲空間(沒有內部 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 的功能比較比較項目 8048 8051指令周期 1us內部 RAM 64 字節(jié) 128 字節(jié)內部 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 27 32中斷源 2 5定時器 8 位 1 組 16 位 2 組串行端口 無 一組表 32 8051 系列內部 ROM 和內部 RAM 的內存容量編號 電路類型 ROM 存儲容量（字節(jié)） RAM 存儲容量（字節(jié)）8051AH HMOS