【正文】 lα（200/100）alcohol濃度斜率≤標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：20℃177。2℃ Vc:177。 相對濕度： 65%177。5% Vh:177。預(yù)熱時間不少于24小時 MQ3特點(diǎn)及其測量電路原理* 對乙醇蒸氣有很高的靈敏度和良好的選擇性* 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性* 長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性* 簡單的驅(qū)動回路MQ3 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖56所示, 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個用于信號取出，２個用于提供加熱電流。測量電路如圖57所示。 圖56圖57 圖58 MQ3型氣敏元件的靈敏度特性圖58 給出了MQ3氣敏元件的靈敏度特性。其中：溫度：20℃、相對濕度：65%、氧氣濃度：21%、RL=50kΩ(在本設(shè)計中，其值固定)、Rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值、R0:元件在潔凈空氣中的電阻值。 圖59圖59給出了MQ3型氣敏元件的溫濕度特性。Ro: 20℃，33%RH條件下。Rs: 不同溫度，濕度下。.靈敏度調(diào)整：MQ3 型氣敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此，在使用此類型氣敏元件時，靈敏度的調(diào)整是很重要的。(約200ppm)濃度的乙醇蒸氣校準(zhǔn)傳感器。當(dāng)精確測量時，報警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。對于氣體濃度常見有兩種表示方法（1）體積濃度 體積濃度是用每立方米的大氣中含有污染物的體積數(shù)（立方厘米）或（ml/m3）來表示， 常用的表示方法是ppm，即1ppm=1立方厘米/立方米=106。除ppm外，還有ppb和ppt， 他們之間的關(guān)系是： 1ppm=106=一百萬分之一， 1ppb=109=十億分之一 ， 1ppt=1012=萬億分之一， 1ppm=103ppb=106ppt （2）質(zhì)量體積濃度 用每立方米大氣中污染物的質(zhì)量數(shù)來表示的濃度叫質(zhì)量體積濃度，單位是毫克/立方米 ，或克/立方米。 它與ppm的換算關(guān)系是： X=……(51) 即： C= 式中： X—污染物以每立方米的毫克數(shù)表示的濃度值；C—污染物以ppm表示的濃度值； M—污染物的分之子量。 本設(shè)計中，氣體濃度單位用到mg/L與ppm,則轉(zhuǎn)換關(guān)系如下： C=22400Y/M …………………（52）Y—污染物以每立方分米即每升的毫克數(shù)表示的濃度值；本設(shè)計的電壓顯示與酒精濃度之間的關(guān)系：，式子：【㏒（Rs/Ro）㏒()】/（㏒Y㏒10）=(㏒㏒)/( ㏒㏒10),代入上式（1），并代入關(guān)系Vout=(RL/RS)*5,其中RL取50K，Ro經(jīng)測量為600K,整理可得關(guān)系式： ㏒C=*㏒Vout + ……………(53) 在技術(shù)參數(shù)中，—4869ppm 。上式中C的理想最大值為6374ppm，由于一般不可能達(dá)到此值，且所測酒精濃度一般較小，故可認(rèn)為其在上式在線性范圍內(nèi)成立。 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN進(jìn)行輸入。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負(fù)輸入端IN，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行. 其連接圖，如下圖510所示圖 510 按鍵設(shè)計⑴為增強(qiáng)人機(jī)對話功能，發(fā)出各種控制命令控制系統(tǒng)運(yùn)行，本設(shè)計采用鍵盤輸入指令和數(shù)據(jù)的方式，以及和LCD連接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。鍵盤分為：獨(dú)立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)所需按鍵較少，所以選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖見圖511：鍵盤說明：S2 控制門限值的增加S3 控制門限值的減少S4 串口通信傳輸數(shù)據(jù)的開關(guān)S5 保留未用S6 采集信號的切換 圖511⑵獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平，（STC89C52 .P1口內(nèi)部接有上拉電阻）所以就不需要再外接上拉電阻。⑶鍵盤抖動的消除：抖動的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。①硬件削抖是采用硬件電路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進(jìn)行削抖，經(jīng)過削抖電路后使按鍵的電平信號只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。②軟件削抖的基本原理是當(dāng)檢測出鍵盤閉合時，先執(zhí)行一個延時子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時，待接通時的前沿抖動消失后再判別是否有健按下。當(dāng)按鍵釋放時，也要經(jīng)過數(shù)毫秒延時，待后沿抖動消失后再判別鍵是否釋放。③由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件，成本相對較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時削抖的方法。 LCD1602液晶顯示設(shè)計LCD1602液晶顯示模塊與計算機(jī)的接口電路有兩種方式。它與單片機(jī)的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器或I/O設(shè)備直接接在單片機(jī)的總線上，單片機(jī)以訪問存儲器或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I/0口來實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P0口連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時序控制信號線通常利用單片機(jī)的P2口中未被使用的I/O口來控制。這種訪問方式不占用存儲器空間，它的接口電路與時序無關(guān)，其時序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用間接控制方式：以下為液晶顯示電路接線原理圖見圖512: 圖 512在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個有點(diǎn)：顯示質(zhì)量高；數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便；體積小、重量輕 ；功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多。在主電路圖中接在P0口處有一個排阻RP1 ，由于P0口沒有內(nèi)接上拉電阻，為了為P0口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻RP1，使用的是10K的排阻，以確保有P0口有穩(wěn)定的電平。 報警線路設(shè)計在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數(shù)碼顯示來指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對于某些緊急狀態(tài)，比如系統(tǒng)檢測到的錯誤狀態(tài)等，為了使操作人員不至于忽視，及時采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺的報警信號。這種報警信號通常有三種類型：一是閃光報警，因為閃動的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強(qiáng)警覺；三是語音報警，不僅能起到報警作用，還能直接給出警報種類的信息。其中，前兩種報警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語音報警雖然警報信息較直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軟件量也增加。本設(shè)計采用聲光報警。實(shí)現(xiàn)單頻音報警的接口電路比較簡單，只要當(dāng)值高于警報值的時候給一個低電平就能驅(qū)動二極管發(fā)光,簡單易懂。此外揚(yáng)聲器一端接高電平，當(dāng)值高于警報值的時候線路選通亦能驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。以下為報警電路接線圖見圖513： 圖 513 電源電路設(shè)計在本次設(shè)計中，需要一個比較大的電壓源和一個5V供電源，出于簡約經(jīng)濟(jì)考慮。采用芯片7805與7905以產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V、5V電壓。對于驅(qū)動OP07正常工作，亦可采用7815與7915產(chǎn)生+15V電壓。電路圖如下圖514： 圖514 差動放大器與濾波電路設(shè)計由于采樣過來的信號，總摻雜著一些干擾信號，故需要一定的線路對其處理。在本設(shè)計中，采用差動放大器對兩個信號的差值進(jìn)行放大。另外采用二級有源低通濾波器，進(jìn)行濾波。線路圖如下圖515所示。其中對于低通濾波器，截止頻率f=1/RC=1/（10K*）=10K Hz。圖 515 串口與USB互轉(zhuǎn)電路設(shè)計（實(shí)際使用）CP2102，USB轉(zhuǎn)串口芯片，體積小巧，外圍可以不需要任何元件即可夠成一個最簡單的USBUART方案，通信速率可達(dá)1Mbps，很容易把串口產(chǎn)品升級到USB口。本設(shè)計引出接口包括5V、TXD、RXD、GND、RST，其中TXD，RXD可直接接MCU串口，RXD接MCU的TXD，TXD接MCU的RXD即可，也可以接各種帶串口的設(shè)備。RST用于復(fù)位CP2102，一般不用，方便用于初期產(chǎn)品的調(diào)試。該模塊使用USB公座，可直接接到電腦的USB端口。硬件設(shè)計總結(jié)：這一章比較具體的說明了系統(tǒng)硬件設(shè)計的內(nèi)容，通過模塊化的設(shè)計思想，把一個復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)按照功能劃分成一個個單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計，最后在集成到一起。這種方法對于設(shè)計復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設(shè)計的效率與質(zhì)量。由于我主要負(fù)責(zé)的是硬件設(shè)計，所以只是簡單的介紹硬件方面的內(nèi)容。第6章 軟件設(shè)計單片機(jī)程序設(shè)計： 編譯語言的選擇對于單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級語言，C語言就是其中的一種。匯編語言的可控性較高級語言來說更具優(yōu)越性。程序編寫語言比較常見的有C語言、匯編語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習(xí)慣。還有很多處理器都支持C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植?；贑語言和匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。 程序設(shè)計軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能,按一定的順序組合成一個整體。具體框圖見下圖61。下面介紹各模塊的具體功能、工作時序等。 AD轉(zhuǎn)換模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大濾波后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為MCU能夠處理的數(shù)字信號，并傳送給MCU。A/D芯片的數(shù)據(jù)CS口，。工作時序如下所示： ADC0832有8只引腳，CH0和CH1為模擬輸入端，CS為片選引腳，只有CS置低才能對ADC0832進(jìn)行配置和啟動轉(zhuǎn)換。CLK為ADC0832的時鐘輸入端。CS在整個轉(zhuǎn)換過程中都必須為低，當(dāng)CS為低時，在數(shù)據(jù)輸入端DI（數(shù)據(jù)輸入端）加一個高電平，接著在CLK上加一個時鐘，DI上的邏輯1就會使ADC0832的DI脫離高阻態(tài)，然后通道配置數(shù)據(jù)伴隨著時鐘通過DI端移入多路器，當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移入多路器時，DI變?yōu)楦咦钁B(tài)，在這以前DO（數(shù)據(jù)輸出端）都為高阻態(tài)。在經(jīng)過一個時鐘，DO脫離高阻態(tài)，從而啟動轉(zhuǎn)換。接著從處理器接收時鐘信號，每經(jīng)過一個時鐘，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)就會從高位到低位依次從DO移出，經(jīng)過8個時鐘后，數(shù)據(jù)又以從低位到高位的形式從DO移出（也是每個時鐘移一位）。當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移出時轉(zhuǎn)換完成。當(dāng)CS從低變?yōu)楦邥r，ADC0832內(nèi)部所有寄存器清零。如想要進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換，CS必須做一個從高到低的跳變，后跟著地此配置數(shù)據(jù)重復(fù)上面的過程。 按鍵模塊按鍵時顯現(xiàn)人機(jī)對話的一個控制按鈕，通過按鍵的操作，對系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送操作指令，后經(jīng)與MCU串行通信，然后在液晶上顯示。以查詢的方式進(jìn)行工作。開始初始化液晶、定時器，開中斷，設(shè)置串口波特率若控制串口通信的鍵按下，則開中斷進(jìn)行串口數(shù)據(jù)傳輸鍵盤檢測，控制液晶顯示內(nèi)容啟動AD轉(zhuǎn)換，并返回AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)判斷是否超門限值，以示報警處理AD轉(zhuǎn)換過來的數(shù)據(jù)，并送液晶顯示結(jié)束 圖 61 程序流程圖 ，單獨(dú)使用一個口，為了避免數(shù)據(jù)的干擾，由于P0口沒有上拉電阻，所以需要一個排阻進(jìn)行電壓的擴(kuò)大。在本設(shè)計中，由于不需要讀液晶操作，故只介紹寫操作。LCD1602的寫工作時序圖如圖62所示：圖 62 LCD1602寫操作時序當(dāng)處于寫指令時，RS為低脈沖，R/W為低脈沖，D0D7=指令碼，E=高脈沖。當(dāng)處于寫數(shù)據(jù)時，RS為高脈沖，R/W為低脈沖，E為高脈沖，D0D7=數(shù)據(jù)。PC機(jī)程序設(shè)計 VB應(yīng)用界面設(shè)計流程（1）單擊“開始”按鈕，選擇“程序—Microsoft Visual Basic ”。，會彈出“New Projiect”對話框，如