【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。本文用AT89S51單片機與MQ-3型氣體傳感器實現(xiàn)了對酒精濃度的測量，最終濃度值的數(shù)碼管顯示。酒精氣體反應(yīng)靈敏，能在有效范圍內(nèi)測量它的濃度值。誤差較小，最大誤差為%滿足設(shè)計要求。本文的特色在于標(biāo)準(zhǔn)的確定。對于流動空氣，樣品的穩(wěn)定性和水蒸氣的影響，提出了解決方案和驗證方法。對不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系做線性化處理，對解決酒后駕車事故和特殊場合酒精檢測都可以使用。

　　

【正文】 路圖，在面包板上連接電路。電路的連接順序是，先連接好各個模塊，在 調(diào)試檢查正確的前提下再把各個模塊連接起來。 打開 MedWin 軟件，將寫好的調(diào)試程序代碼在計算機上輸入、匯編、修改、產(chǎn)生代碼，形成輸入輸出口實驗 .HEX 文件。打開打開 Microcontrmller ISP Software 軟件，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。初始化器件后，將經(jīng)過編譯生成的 ,HEX十六進(jìn)制文件下載到單片機。 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(guān)系代碼）燒寫到 AT89S51 單片機上后 ，接上 +5V 電源開始調(diào)試。先把氣體傳感器探頭用一個阻值為 20kΩ 的電阻替代，復(fù)位單片機，觀察數(shù)碼管上的顯示數(shù)據(jù)和發(fā)光二極管的點亮情況。用萬用表測量采樣點的電壓值，看用萬用表測得的電壓值與數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)是否一致。因為各導(dǎo)線和元器件對電壓電流的影響，數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)與萬用表測得的數(shù)據(jù)存在一定的偏差，但在可接受的范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)電位器，觀察數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示的變化，同樣用萬用表測量電壓值作比較。測量數(shù)據(jù)與數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)基本一致，說明電路數(shù)碼管顯示部分連接正確。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(yīng)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。 調(diào)試電路其他功能模塊正確后，將預(yù)熱足夠長時間能正常工作的氣體傳感器MQ3 換上原來 20kΩ 的電阻。準(zhǔn)備好若干個不同濃度的酒精氣體樣品，檢測氣體傳感器是否能正常工作。當(dāng)把不同濃度的酒精溶液樣品靠接氣敏傳感器時，各自對應(yīng)一個不同的數(shù)據(jù)顯示，說明整體電路已經(jīng)完全正確。 如圖 17 所示，硬件電路中發(fā)光二極管顯示和 3 位數(shù)碼管顯示都正確后，表明所連接的硬件電路已經(jīng)調(diào)試成功。這時候可以配制幾個酒精溶液對調(diào)試電路作初步測試。圖 17所示是測量其中一個樣品溶液時顯 示的數(shù)值。 圖 17 調(diào)試電路圖 33 濃度與顯示之間的關(guān)系 傳感器的定標(biāo) 在系統(tǒng)電路調(diào)試正確以后，要作改進(jìn)工作，使數(shù)碼管上正確顯示所測的酒精氣體濃度值。之前顯示的是酒精濃度值與電壓的對應(yīng)關(guān)系，所以要顯示酒精濃度值，需要找到電壓與濃度之間的關(guān)系，然后才能建立酒精濃度值與顯示的映射關(guān)系。 測量用的酒精溶液是用無水乙醇和純凈水按體積比來配制的，單位 mL/mL表示的是 1mL酒精溶液中含酒精的體積。準(zhǔn)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(yīng)的電壓值，記錄樣品的濃度和電 壓值之間的關(guān)系，如圖 17 所示。根據(jù)曲線圖的走向可以看出傳感器的酒精濃度檢測大致范圍，然后根據(jù)這個范圍選擇 7個合適的濃度值，多次測量電壓值，再取平均值作為最后電壓值，把 6個標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間范圍定下來，如表 3所示。 圖 17 濃度與電壓關(guān)系曲線圖 表 3 樣品對應(yīng)電壓值 樣品濃度 C(mL/mL) C1 C2 C3 C4 C 在酒精氣體濃度的每個小區(qū)間內(nèi)，將電壓值與數(shù)碼管顯示值之間的關(guān)系當(dāng)作 34 線性處理，即每段小區(qū)間對應(yīng)著一個線性映射關(guān)系，如表 4所示。 在要作不同線性轉(zhuǎn)換電壓區(qū)間范圍和對應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系確定好了以后，根據(jù)表 4所對應(yīng)的關(guān)系，修改數(shù)據(jù)處理 程序部分，建立酒精濃度和電壓之間的關(guān)系。使最終顯示的數(shù)據(jù)為酒精濃度值。根據(jù)編寫的數(shù)據(jù)處理程序，數(shù)碼管最終顯示的是酒精濃度值小數(shù)部分的前 3 位數(shù)字。這樣，一個完整的基于 AT89S51 單片機酒精濃度探測儀就設(shè)計出來了。 表 4 濃度與電壓線性映射關(guān)系 電壓值區(qū)間 (V) 濃度轉(zhuǎn)換關(guān)系 ～ C=* ～ C=* ～ C=* ～ C=* ～ C=* ～ C=*V 酒精濃度測試結(jié)果 將配制好的濃度為 、 、 、 做成的探測儀檢測，其結(jié)果分別顯示為： 01 01 02 156。測量的最大誤差為 %對于檢測濃度低的酒精誤差比檢測濃度高的酒精誤差小，這也是設(shè)計的該酒精濃度探測儀適合與檢測酒后駕車的原因，因為人在飲酒后，從呼吸道呼出的酒精氣體濃度一般都不是很高。因此，對設(shè)計的傳感器可以在定標(biāo)上作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，就可以 用于檢測酒后駕車。 如圖 18 所示是最終的測試電路，可以用來檢測不同濃度的酒精溶液。圖中所示的是檢測濃度為 ，顯示濃度值小數(shù)部分前 3 位數(shù)字的結(jié)果是 156。 圖 18 測試電路圖 35 5 結(jié)束語 MQ3 傳感器屬于金屬半導(dǎo)體電阻式傳感器，靈敏度高，響應(yīng)速度快，可重復(fù)性使用。當(dāng)傳感器的敏感部分吸附有酒精分子時，表面的導(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酒精氣體濃度的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化，且這種變化是可逆的，可重復(fù)使用。 MQ3 接上一定阻值的負(fù)載電阻，即可構(gòu)成對酒精氣體濃度 的檢測部分。負(fù)載電阻的分壓值即對應(yīng)著一個酒精氣體的濃度值，只需對該分壓值采樣，就可得到要測酒精氣體濃度值的信號。將該信號通過 A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號由單片機作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，得到 3位 BCD碼并將 3位送送數(shù)碼管顯示。在發(fā)光二極管顯示報警模塊中，將采集信號輸入二極管集成功率放大器，對該采集信號放大后驅(qū)動相應(yīng)的發(fā)光二極管點亮，起到報警的作用。 當(dāng)然可以對本系統(tǒng)作一定改進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上制作 酒精檢測鑰匙 。即 在車鑰匙上設(shè)計一個小吹管，由一組 信號 發(fā)射器連接至車上的電子控制組件，如果駕駛者 在開 門之前 所做的酒精吹氣測試樣本被發(fā)現(xiàn)超過法定允許的標(biāo)準(zhǔn)值，則系統(tǒng)將使引擎維持在靜止?fàn)顟B(tài)無法啟動。當(dāng)駕駛者按下遙控器上的開門按鈕，酒精 探測儀 也隨之啟動，然后駕駛者對著小管口吹氣， 酒精濃度 會經(jīng)由感應(yīng)器上的小綠燈或小紅燈顯示出來 。 當(dāng)顯示綠燈時，鑰匙將傳送 允許信 號至車輛的電子控制系統(tǒng)，也就是通過 檢 測，可以上路了；但是如果測試結(jié)果為紅燈， 則 車輛將維持在鎖定狀態(tài)，即使鑰匙插入鑰匙孔也無法發(fā)動車子。 半導(dǎo)體氣敏傳感器和電化學(xué)固體電解質(zhì)氣敏傳感器具有測量精度高、所需試樣少、響應(yīng)快等特點，廣泛應(yīng)用于化工、建筑、環(huán)保、醫(yī)療、家電 、安全保衛(wèi)等領(lǐng)域。隨著納米技術(shù)、薄膜技術(shù)等新材料研制成功，微機械與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)等的綜合應(yīng)用，高性能的氣敏傳感器將會不斷出現(xiàn)。 36 參考文獻(xiàn) [1] 司士輝．生物傳感器 [M]．化學(xué)工業(yè)出版社， 2020． [2] 吳桂秀．傳感器應(yīng)用制作入門 [M]．浙江科學(xué)技術(shù)出版社， 2020． [3] 彭軍．傳感器與檢測技術(shù) [M]．西安電子科技大學(xué)出版社， 2020． [4] 陳杰，黃鴻．傳感器與檢測技術(shù) [M]．北京：高等教育出版社， 2020． [5] 吳桂秀．傳感器應(yīng)用制作入門 [M]．浙江科學(xué)技術(shù)出版社 ， 2020． [6] 張錫富．傳感器 [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2020． [7] 郁有文．傳感器原理及工程應(yīng)用 [M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020． [8] 樓然苗，李光飛． 51 系列單片機設(shè)計實例 [M]．北京航空航天大學(xué)出版社，2020． [9] 朱定華，戴汝平．單片微機原理與應(yīng)用 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0030H START:MOV R7,60H MOV R0,20H CLR A LOOP:MOV @R0,A INC R0 DJNZ R7,LOOP ACALL TEST MOV B,51 DIV AB ADD A,10 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 ACALL DISP ACALL DELAY AJMP START DISP:MOV DPTR,TAB MOV A,7FH MOVC A,@A+DPTR ACALL SO MOV A,7EH MOVC A,@A+DPTR ACALL SO MOV A,7DH MOVC A,@A+DPTR 39 ACALL SO RET SO:MOV R7,8 SO1:CLR RRC A MOV ,C SETB DJNZ R7,SO1 RET TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH DB 66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,0BFH,86H DB 0DBH,0CFH,0E6H,0EDH DB 0FDH,87H,0FFH,0EFH DB 0FFH,00H DELAY:MOV R5,05H DEL1:MOV R6,0FFH DEL2:MOV R7,0FFH DJNZ R7,$ DJNZ R6,DEL2 DJNZ R5,DEL1 RET TEST:MOV DPTR,7FF8H SETB MOVX @DPTR,A JB ,$ MOVX A,@DPTR RET DIV16:MOV R5,0 MOV R4,51 MOV R3,0 MOV R2,0 MOV R1,16 LP1:CLR C MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R7 RLC A MOV R7,A MOV A,R2 RLC A MOV R2,A MOV A,R3 40 RLC A MOV R3,A MOV A,R2 CLR C SUBB A,R4 JC NEXT MOV R0,A MOV A,R3 SUBB A,R5 JC NEXT INC R6 MOV R3,A MOV A,R0 MOV R2,A NEXT:DJNZ R1,LP1 RET END 41