【文章內(nèi)容簡介】 ，主要用于家庭管道煤氣泄露報警。由于我國管道煤氣中 H2含量很高，而氫敏元件較氧化碳元件價格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報警更為適宜。 （ 3）毒性氣體傳感器。毒性氣體傳感器又稱為環(huán)境有毒有害氣體傳感器，主要用于檢測煙氣、尾氣、廢氣等環(huán)境污染氣體，雖然 SnO2氣敏傳感器對 CO， H2S 等有毒有害 氣體敏感，但應(yīng)用最多的仍是電解式化學(xué)傳感器。 傳感器的分類方式有很多種，以上是根據(jù)被檢測氣體的性質(zhì) 進行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進行分類的。 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)計中的酒精氣體傳感器采用 MQJ1 型 ,它屬于 MQ 系列氣敏元件的一種。如圖 所示： 圖 MQJ1 酒精濃度測試儀的設(shè)計與實現(xiàn) 6 特點 :檢測范圍為 10ppm～ 2021ppm ； 靈敏度高，輸出信號為伏特級；響應(yīng)速度快，小于 10 秒；功耗 小于 ，尺寸： D17*H10。 MQJ1 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。 檢測電路如 圖 所示， 當電源開關(guān) S 斷開時，傳感器加熱電流為零，實測 A， B之間電阻 大于 20MΩ。 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 10KΩ 以下，然后又逐漸上升至 120KΩ以上后并保持著。此 時如果將酒精溶液樣品靠近 MQJ1 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。移開小瓶過 1 分鐘左右后， A，B 之間電阻恢復(fù)至大于 120KΩ。這種反應(yīng)可以重復(fù)試驗，但要注意使空氣恢復(fù)到潔凈狀態(tài)。經(jīng)實驗的反復(fù)檢測， MQJ1 傳感器可以正常工作使用，對不同濃度的酒精溶液有不同的變化，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間都正常，可以開始作信號采樣模塊電路的設(shè)計。 圖 MQJ1檢測電路 信號采樣電路 信號的采樣模塊電路如圖 所示。 MQJ1 的加熱電阻兩端即 H 引腳接至 +5V 直流穩(wěn)壓電源 ，用于電阻絲對敏感體電阻的加熱。 MQJ1 的兩個 A 引腳相連，作為敏感體電阻的一個電極。 MQJ1 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。將電極斷 A 接到電源正極，電極端 B 接兩個 270Ω 并聯(lián)的電阻。 MQJ1 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。 MQJ1酒精濃度測試儀的設(shè)計與實現(xiàn) 7 型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物 SnO2的 N 型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。 當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。當氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時，對應(yīng)的電位器的分壓值也會發(fā)生相應(yīng)的變化，即一個電壓值對應(yīng)著一個被測酒精氣體濃度。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。 在采樣硬件電路中實際要考慮到 MQJ1 的實際技術(shù)參數(shù)，即加熱電阻和敏感體電阻的大小，該部分應(yīng)與電源正極相連。負載電阻要根據(jù) MQJ1 實際的技術(shù)參數(shù)而選擇阻值合適的電阻。應(yīng)為實驗所用的 MQJ1 在預(yù)熱 5 到 10 分鐘后，它的敏感體電阻只有120KΩ，所以負載電阻選用一 個 串 聯(lián)，構(gòu)成采樣 部 分 的分壓電阻。 圖 采樣模塊 信號轉(zhuǎn)換 電路 單片微機是單片微型計算機的譯名簡稱，在國內(nèi)也常稱為 “ 單片微機 ” 或 “ 單片機 ” 。它包括中央處理器 CPU，隨機存儲器 RAM，只讀存儲器 ROM，中斷系統(tǒng)，定時器 /計數(shù)器，串行口和 I/O 口等等?，F(xiàn)在，單片微機已不僅指單片計算機，還包括微計算機，微處理器，微控制器和嵌入式控制器，單片微機已是它們的俗稱 [8]。 根據(jù)實際需要， 本次設(shè)計選用的是以 8051 為核心單元 Atmel 公司的低耗STC12C5A60S2 單片機。 STC12C5A60S2 芯片有 40 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 所示。 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計包括電源，晶振和復(fù)位電路三個部分。這是使單片機正常工作的必要外圍電路部分。針對不同型號的單片機在最小系統(tǒng)設(shè)計上會有一些差別。對于選用的 STC12C5A60S2 單片機，根據(jù)美國 ATMEL 公司提供的技術(shù)資料，可以對它的最小系統(tǒng)作恰當?shù)脑O(shè)計，如圖 6 所示 [9]。 對于電源部分，技術(shù)資料中性能參數(shù)里給出 的標準工作電壓是 ～ 。因此，單片機的引腳 40 對應(yīng)的 VCC 接到 +5V 電源的正極，引腳 10 對應(yīng)的 GND 接到 +5V 電酒精濃度測試儀的設(shè)計與實現(xiàn) 8 源的接地端，為 STC12C5A60S2 單片機提供正常的工作電壓。 關(guān)于晶振電路 : 如果外部時鐘頻率在 33MHz 以上時 ,建議直接使用外部有源晶振 。 如果使用內(nèi)部 R/C振蕩器時鐘 (室溫情況下 5V單片機為 :11MHz～ 17MHz,3V單片機為 8MHz～ 12MHz),XTAL1 和 XTAL2 腳浮空 .如果外部時鐘頻率在 27MHz 以上時 ,使用標稱頻率就是基本頻率的晶體，不要使用三泛音的晶體，否則如參數(shù) 搭配不當，就有可能振在基頻，此時實際頻率就只有標稱頻率的 1/3 了，或直接使用外部有源晶振 ,時鐘從XTAL1 腳輸入 ,XTAL2 腳必須浮空 . 圖 STC12C5A60S2 芯片管腳 對于復(fù)位電路部分， STC12C5A60S2 技術(shù)資料給出 : 關(guān)于復(fù)位電路： 時鐘頻率低于 12MHz 時 ,可以不用 C1,R1 接 1K 電阻到地 ,如圖 所示。 時鐘頻率高于 12MHz 時 ,建議使用第二復(fù)位功能腳 (STC12C5A60S2 系列在 RST2/EX_LVD/ 口 STC12C5201AD 系 列 在酒精濃度測試儀的設(shè)計與實現(xiàn) 9 RST2/EX_LVD/ 口 ) 當時鐘頻率小于 12MHZ 時，建議用第二復(fù)位功能腳，可以不用 C1,R1 接 1K 電阻到地，此時的最小系統(tǒng)電路如圖 所示。 圖 時鐘頻率低于 12MHz時的最小電路圖 由于 STC12C5A60S2 中，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路集成與芯片內(nèi)部，我們就以 ADC0809 為例，對數(shù)模轉(zhuǎn)換原理進行分析： ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 8 所示，它由 8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此， ADC0809 可處理 8 路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與 TTL 兼容。 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 9 所示。下面說明各引腳功能。 IN0~IN7： 8 路模擬量輸入端。 21~28： 8 位數(shù)字量輸出端 。 ADDA、 ADDB、 ADDC 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路。如 表 1 所示 。 酒精濃度測試儀的設(shè)計與實現(xiàn) 10 圖 STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 電路 圖 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) 酒精濃度測試儀的設(shè)計與實現(xiàn) 11 圖 ADC0809芯片 ALE： 地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此 端輸出一個高電平 （ 轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。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。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓。 Vcc：電源，單一 +5V。 GND：地。 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將逐次逼近 寄存器復(fù)位。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。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖剑甘?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。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。 酒精濃度測試儀的設(shè)計與實現(xiàn) 12 當檢測到酒精氣味時，氣體傳感器的 AB 間電阻變小，則 ADC0809 的模擬輸入端IN0 的電壓變大。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。 表 1 ADC0809通道地址 ADDC ADDB ADDA 選通通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 ADC0809 芯片內(nèi)部沒有時鐘脈沖源，可以用單片機提供的地址鎖存控制輸入信號ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻后，作為 ADC0809 的時鐘輸入。 ALE 端信號的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6。 單片機的時鐘頻率是 ，則 ALE 端輸出信號的頻率為，再二分頻后為 ，符合 ADC0809 對時鐘頻率的要求。由于 ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)瑣存器，其 8 位數(shù)據(jù)輸出端可以直接與數(shù)據(jù)總線相連。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。由于 ALE 和 START 連在一起， ADC0809 在鎖存通道 地址的同時啟動 A/D 轉(zhuǎn)換。在讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果時， OE 產(chǎn)生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。 ADC0809 的 EOC 信號與 單片機 的