【文章內(nèi)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(shè) 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(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 源 化 發(fā) 展 ： 傳 感 器 一 般 都 是 非 電 量 向 電 量 的 轉(zhuǎn) 化 ， 工 作 時7離 不 開 電 源 ， 在 野 外 現(xiàn) 場 或 遠(yuǎn) 離 電 網(wǎng) 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(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 單 一 的 模 擬 信 號 （ 如 0~10mV） ， 而 是 經(jīng) 過 微 電 腦 處 理 好后 的 數(shù) 字 信 號 ， 有 的 甚 至 帶 有 控 制 功 能 ， 這 就 是 所 說 的 數(shù) 字 傳 感 器 。8第 3 章 方案論證 氣體傳感器的選擇 MQ3 基本介紹一個新型的氣體檢測系統(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):檢測范圍為 10ppm～2022ppm 靈敏度高，輸出信號為伏特級；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)其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導(dǎo)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(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 圖 33如圖 33 所示，當(dāng)電源開關(guān) S 斷開時，傳感器加熱電流為零，實(shí)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(nèi)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(shù)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(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)。 編程語言的選擇對于 8051 單片機(jī)，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(jī)上，是初學(xué)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(xué)，根據(jù)解釋的行可以找到錯誤而不是當(dāng)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(zhuǎn)換成機(jī)器代碼，需要花費(fèi)許多時間，不能做到實(shí)時性。BASIC 為簡化使用變量，所有變量都用浮點(diǎn)值。2＋2 這樣簡單的運(yùn)算完全是浮點(diǎn)算術(shù)操作，因而程序復(fù)雜且執(zhí)行時間長。即使是編譯 BASIC，也不能解決此浮點(diǎn)運(yùn)算問題。8052 單片機(jī)片內(nèi)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(yùn)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(chǎn)品開發(fā)的編程語言。它很像 PASCAL，是一種結(jié)構(gòu)化語言，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 總的來說是高級匯編語言，可詳細(xì)控制著代碼生成。但對 8051 系列，PL／M 不支持復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算、浮點(diǎn)變量，也無豐富的庫函數(shù)支持。學(xué)習(xí) PL／M 無異于學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生緊湊代碼。C 結(jié)構(gòu)是以括號{ }而不是字和特殊符號的語言。C 可以進(jìn)行許多機(jī)器級函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：＊對單片機(jī)指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對 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程方式使用；＊編程及程序高度調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率；＊提供的庫包含許多標(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)。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(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(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?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 而不是原來用過標(biāo)準(zhǔn) C 語言的人。從實(shí)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(shè)計(jì)。 開發(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)成一套簡易的控制系統(tǒng)。如此一來可以降低硬件成本，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，不過卻也加入了位輸入輸出控制，計(jì)時計(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，對其功能加以改進(jìn)所開發(fā)出來的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(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(gòu)成類型如為 CMOS 則耗電較低，而 8031 與 8051的差別在于 8031 內(nèi)部本身沒有可存放程序代碼的存儲空間(沒有內(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定時器 8 位 1 組 16 位 2 組串行端口 無 一組表 32 8051 系列內(nèi)部 ROM 和內(nèi)部 RAM 的內(nèi)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