【正文】 本論文從選題，實(shí)驗(yàn)，到論文的寫作，整個(gè)過程得到了指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和細(xì)心幫助，在此表示衷心的感謝。 當(dāng)顯示綠燈時(shí)，鑰匙將傳送 允許信 號(hào)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(dòng)車子。在發(fā)光二極管顯示報(bào)警模塊中，將采集信號(hào)輸入二極管集成功率放大器，對該采集信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，起到報(bào)警的作用。 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。 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。這樣，一個(gè)完整的基于 AT89S51 單片機(jī)酒精濃度探測儀就設(shè)計(jì)出來了。 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(gè)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(gè)線性映射關(guān)系，如表 4所示。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。 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。然后，再把電位器阻值從0開始逐漸調(diào)大，在每過一個(gè) 電 壓后觀察相應(yīng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，說明發(fā)光二極管顯示部分電路連接正確。用萬用表測量采樣點(diǎn)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。打開打開 Microcontrmller ISP Software 軟件，在菜單 options 選項(xiàng)中選擇 select device， 在彈出的窗口中選擇器件 AT89S51，并選 Byte Mode 點(diǎn)擊 OK。 32 4 電路調(diào)試與測試結(jié)果 電路調(diào)試 根據(jù)各個(gè)模塊功能的設(shè)計(jì)和繪制的整體電路圖，找到各功能模塊的連接點(diǎn)。對于被除數(shù)的移動(dòng)，最簡單的辦法是把被除數(shù)向余數(shù)單元左移，把被除數(shù)左移后空出的低位存放商數(shù)，當(dāng) 除法完成后，被除數(shù)已全部移動(dòng)到余數(shù)單元并逐次被減而得到余數(shù)，而被除數(shù)單元中內(nèi)容已成為商數(shù)。于是可以寫出顯示部分的程序代碼。根據(jù)酒精濃度與電壓的線性映射關(guān)系，如表 3所示，可以寫出該部分的程序代碼 MOV B,100 MVL AB MOV R6,A MOV R7,B MOV R5,0 MOV R4,51 ACALL DIV16 MOV 70H,R6 MOV 71H,R7 MOV A,71H JNZ L5 L1:MOV 72H,75 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L2 ACALL PP0 AJMP PP L2:MOV 72H,145 CLR C MOV A,70H 29 SUBB A,72H JNC L3 ACALL PP1 AJMP PP L3:MOV 72H,173 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L4 ACALL PP2 AJMP PP L4:MOV 72H,233 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L5 ACALL PP3 AJMP PP L5:MOV 72H,18 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L6 ACALL PP4 AJMP PP L6:MOV 72H,64 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L7 ACALL PP5 AJMP PP L7:MOV 72H,105 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L8 ACALL PP6 AJMP PP L8:ACALL PP7 AJMP PP 從讀取到的電壓值得到酒精濃度值后，還要把該值轉(zhuǎn)換為 3 位 10進(jìn)制 BCD碼，存儲(chǔ)到特定的存儲(chǔ)單元以供數(shù)碼管顯示數(shù)值。思路明確后，實(shí)際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫出來。 而在處理過程中對于有些數(shù)據(jù)的處理，可能要碰到雙字節(jié)相除的情況。該位通過一個(gè)反相器與單片機(jī)引腳 相連，因?yàn)閱?dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換之前 位被置位，所以當(dāng)查詢到 位為 0 時(shí)即表示模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。因?yàn)閱纹瑱C(jī)高 8位地址位的 位與單片機(jī)的 WR 位經(jīng)或非后與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 START 和 ALE 用導(dǎo)線連接。 START:MOV R7,60H MOV R0,20H CLR A LOOP:MOV R0,A INC R0 DJNZ R7,LOOP 初始化程序從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址為 20H 單元開始，到 80H 單元全部清零。 26 圖 16 程序流程圖 單片機(jī)選擇 A/D通道地址 單片機(jī) 置位并啟動(dòng) A/D 測試 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ =1? 數(shù)碼管顯示 N Y 單片機(jī)初始化 開始 單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)并作處理 27 程序代碼編寫 系統(tǒng)電源線接通或者系統(tǒng)復(fù)位后，程序從主程序入口進(jìn)入運(yùn)行。利用單片機(jī)豐富的 I/O 口可以采用查詢方式來檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)單片機(jī)引腳 為1 時(shí)轉(zhuǎn)換未結(jié)束等待，當(dāng)查詢到 為 0 時(shí)表示模數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以開始讀取數(shù)據(jù)了。本設(shè)計(jì)軟件編程部分選用匯編語言來寫程序代碼。 24 圖 15 整體電路圖 25 3 軟件編程 開發(fā)環(huán)境 選用的開發(fā)平臺(tái)為 MedWin單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，只需在 PC機(jī)上安裝 MedWin軟件，然后在 MedWin 軟件代碼編輯器編輯程序代碼，經(jīng)匯編，修改，產(chǎn)生代碼，形成輸入輸出口實(shí)驗(yàn)十六進(jìn)制 .HEX 文件。移位寄存器 74LS164 串行數(shù)據(jù)輸入端與前一位的并行輸出最高位相連，第一位移位 寄存器的數(shù)據(jù)輸入端與單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端 連接。 設(shè)計(jì)選用 3個(gè)單位 8 段共陰數(shù)碼管來顯示輸出的數(shù)據(jù)，因?yàn)殡娐酚布鄬^簡單，所以選擇靜態(tài)顯示方法。 圖 13 8 段共陰數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就 可以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù) ，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新 的 數(shù)據(jù) 就可以了。數(shù)碼管是由若干發(fā)光二極管組合而成的，有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)形。 當(dāng)檢測到酒精氣味時(shí)，氣敏傳感器的 AB 間電阻變小， LM3914 的 5 端電位升高，通過比較放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管依次發(fā)光，從而區(qū)分出酒精含量的高低，直觀 的看出所測的酒精濃度達(dá)到了哪個(gè)水平值，起到報(bào)警的作用。同理，要使 LED2 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于 *2=；要使 LED10 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于 *10=。 其內(nèi)部的緩沖放大器最大限度的提高了該集成電路的輸入電阻（ 5腳），電壓輸入信號(hào)經(jīng)過緩沖器（增益為零）同時(shí)送到 10 個(gè)電壓比較器的異相（ ）輸入端。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 IN0 端子用導(dǎo)線與信號(hào)采樣部分的負(fù)載電阻端相連，作為要模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端。單片機(jī)的 RD 端 與 進(jìn)過或非門后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 OE端子用導(dǎo)線相連接，作為單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀信號(hào)。在讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)， OE 產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開三態(tài)輸出鎖存器。單片機(jī)的時(shí)鐘頻率是 ，則 ALE 端輸出信號(hào)的頻率為 ， 再二分頻后為 ，符合 ADC0809 對時(shí)鐘頻率的要求。 當(dāng)檢測到酒精氣味時(shí)，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。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 Vcc：電源，單一 +5V。當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 ALE： 地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 圖 9 ADC0809芯片 IN0~IN7： 8路模擬量輸入端。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(dú)工作。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，本設(shè)計(jì)選用按鍵電平復(fù)位方式。10pF 。石英晶體的兩端分別接到引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2，同時(shí)石英晶體的兩端分別接一個(gè)電容 C1 和 C2，電容的另一端接地。因此，單片機(jī)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 電源的接地端，為 AT89S51 單片機(jī)提供正常的工作電壓。這是使單片機(jī)正常工作的必要外圍電路部分。高電平時(shí)選擇片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，低電平時(shí)程序存儲(chǔ)器全部在片外而不管片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器。 —— RXD 串行口輸入口， —— TXD串行口輸出口， —— INT0 外部中斷0輸入， —— INT1 外部中斷 1輸入， —— T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入， —— T1定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1的外部輸入， —— WR 低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫選通， —— RD 低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。 P2 口： 8位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。 XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。下面說明各引腳功能。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器，既可在線編程也可以用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8位微 處理器于單片芯片中，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 14 圖 5 采樣模塊 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 單片微機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的譯名簡稱，在國內(nèi)也常稱為“單片微機(jī)”或“ 單片機(jī)”。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。MQ3 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。 MQ3 的兩個(gè) A 引腳相連，作為敏 感體電阻的一個(gè)電極。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)。 S接通，則 f， f之間電流由開始時(shí) 155mA 降至 153mA 而 13 穩(wěn)定。當(dāng)其表面吸附有被測氣體酒精分子時(shí)，表面導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而其表面電阻會(huì)隨著被測氣體濃度的變化而變化。 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。 一個(gè)新型的氣體檢測系統(tǒng)應(yīng)該包括： 酒精 氣敏傳感器 LM3914 發(fā)光二極管 ADC0809 單片機(jī) 數(shù)碼管 12 （ 1）基于一種或幾種傳感技術(shù)的氣體傳感器。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(jià)格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報(bào)警更為適宜。 11 圖 1 系統(tǒng)總框圖 信號(hào)采集電路 氣體傳感器的選擇 根據(jù)被檢測氣體的不同，氣敏傳感器可分為以下三類 : （ 1）可燃性氣體氣敏傳感器。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊用來把采集到得模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換位可以用單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。 (4)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)研、總體設(shè)計(jì)、硬件軟件設(shè)計(jì)、制版、元件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中放入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運(yùn)行。一旦總體方案確定下來，下一步的工作就是將該項(xiàng)目細(xì)化，即需明確哪些部分用硬件來完成，哪些部分用軟件來完成。 (2)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。 10 2 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)開發(fā)流程 (1)可行性調(diào)研。 測量樣品時(shí)，將探頭盡量放入塑料瓶內(nèi)，可以在一定程度上消除流動(dòng)空氣的影響，同時(shí)應(yīng)選擇空氣流動(dòng)較小的室內(nèi)環(huán)境來測量。通過多個(gè)樣品的測量確定多個(gè)濃度區(qū)間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，并將每個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系近似線性化處理，然后通過軟件編程的方法來實(shí)現(xiàn)。 本文主 要研究工作 本文以 AT89S51 單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了用于測量酒精濃度的探測儀，主要研究工作包括以下 3個(gè)方面。人飲酒后 , 酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收 , 經(jīng)過血液循環(huán) , 約有 90%的酒精通過肺部呼氣排出 , 因此測量呼氣中的酒精含量 , 就可判斷其醉 酒程度。 設(shè)計(jì)酒精濃度探測儀的意義 本設(shè)計(jì)基于 AT89S51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精氣體濃度探測儀，可用來檢測酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測司機(jī)的酒精含量。 8 氣敏傳感器在家用電器中也有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。 納米科學(xué) 技術(shù) (Nano— ST)是研究尺寸在 — 100nm 的物質(zhì)組成體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相 互作用以及可能的實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù)。純 SnO2的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定性不高。四是 SnO2元件有時(shí)由于靈敏度過大導(dǎo)致誤報(bào)，但是在檢測某些低濃度氣體時(shí)靈敏度卻難以達(dá)到要求。由于在 檢測氣體時(shí)，往往還存在著其它的干擾氣體 (如煙酒等 )，使氣敏元件發(fā)生交叉響應(yīng)，產(chǎn)生誤報(bào)。 目前，氣敏傳感器領(lǐng)域還存在一些問題。近年來，