【正文】 感謝武漢理工大學。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)等的綜合應用，高性能的氣敏傳感器將會不斷出現(xiàn)。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)超過法定允許的標準值，則系統(tǒng)將使引擎維持在靜止狀態(tài)無法啟動。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。圖18 測試電路圖5 結(jié)束語MQ3傳感器屬于金屬半導體電阻式傳感器，靈敏度高，響應速度快，可重復性使用。%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。使最終顯示的數(shù)據(jù)為酒精濃度值。準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。圖17所示是測量其中一個樣品溶液時顯示的數(shù)值。準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。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。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。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。DIV16:MOV R5,0 MOV R4,51 MOV R3,0 MOV R2,0 MOV R1,16LP1: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 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,ANEXT:DJNZ R1,LP1RET根據(jù)程序流程圖和各個子程序的編寫可以得到整個設(shè)計的總程序代碼，見附錄。對于多字節(jié)無符號數(shù)的除法，可以依照移位相減的基本方法來進行。數(shù)碼管顯示選用的是靜態(tài)顯示的方法，要在每次顯示數(shù)據(jù)時把要顯示的3個位按順序串行送到數(shù)碼管集成驅(qū)動電路74LS164并行輸出，以同時驅(qū)動3個數(shù)碼管同時點亮。MOV B,51DIV ABMOV 7DH,AMOV A,BMOV B,10MUL ABMOV R6,AMOV R7,BACALL DIV16MOV 7EH,R6MOV A,R2MOV B,10MUL ABMOV R6,AMOV R7,BACALL DIV16MOV 7FH,R6經(jīng)過處理后實際采樣到的電壓值對應的各個位就分別存儲在7DH，7EH，7FH三個存儲單元里面了。為此，在第一位單字節(jié)除51后，接下來的小數(shù)部分位的除51則要作雙字節(jié)的除法，這樣才能保證使所有位能顯示出來。最后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀取到單片機累加器A中。模擬電壓的輸入端接在模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的IN0通道，再根據(jù)單片機與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接，單片機在選擇讀寫地址時應該為7FF8H。于是，對于程序的初始化程序代碼可以相應寫出[13]。程序流程圖如圖16所示。所以單片機在啟動測試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之前要選擇通道0，寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，然后啟動對通道IN0端輸入的采集電壓信號作模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換的結(jié)束。對于8051系列單片機，現(xiàn)有四種語言支持，即匯編、PL/M、C和BASIC。圖14 數(shù)碼管顯示電路 系統(tǒng)整體電路圖信號采樣模塊電路的輸出接到發(fā)光二極管顯示LM3914的輸入端，同時也將采樣信號輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，再加上單片機最小系統(tǒng)電路、單片機與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接和單片機與數(shù)碼管顯示的連接，即可作出它的整體電路圖，如圖15所示。移位寄存器在電路中一是驅(qū)動數(shù)碼管點亮，二是對輸入的串行數(shù)據(jù)并行輸出，起到串并轉(zhuǎn)換的作用。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU 時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。如圖13所示。圖12 發(fā)光二極管顯示 數(shù)碼管顯示電路發(fā)光二極管一般是砷化鎵半導體二極管，在發(fā)放光二極管兩端加上正向電壓，則發(fā)光二極管發(fā)光。圖11 LM3914管腳圖如圖12所示，LM3914的3和9引腳接電源正極，使發(fā)光二極管成柱狀顯示，7和8引腳接一個2K的電阻，控制發(fā)光二極管的亮度，5引腳為采樣信號的輸入端，10到18引腳和1引腳分別接發(fā)光二極管的負極端，4和2引腳與發(fā)光二極管的正極間接一個10μF的電容，作為發(fā)光二極管的虛電源，驅(qū)動要反光的二極管點亮。為了驅(qū)動LED1發(fā)光，集成電路LM3914的1腳輸出應該為低電平，因此要求電壓比較器異相（）。－，用于鎖存選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的地址。單片機的ALE端口接到D觸發(fā)器的時鐘信號輸入端CK，D觸發(fā)器的反相輸出端與觸發(fā)信號輸入端用導線相連，D觸發(fā)器的清零和復位端為低電平有效，分別接高電平，D觸發(fā)器的正向輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的CLK端子用導線相連接，為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供正常的時鐘信號。ADC0809與AT89S51單片機的接口電路如圖10所示[11]。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。表1 ADC0809通道地址ADDC ADDB ADDA 選通通道0 0 0IN00 0 1IN10 1 0IN20 1 1IN31 0 0IN41 0 1IN51 1 0IN61 1 1IN7ADC0809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。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示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。 　　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。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 　　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）?！　DDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。 圖8 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖9所示。,但復位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能夠保證給復位端RST提供大于2個機器周期的高電平復位信號[10]。對于復位電路部分，AT89S51技術(shù)資料給出，當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位。根據(jù)技術(shù)資料的推薦，使用石英晶體推薦電容容量為30pF177。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。對于選用的AT89S51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8所示[9]。ALE以1/6的振蕩頻率固定速率輸出，可作為對外輸出的時鐘或用作外部定時脈沖。在振蕩器工作時，在RST上作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復位?？梢则?qū)動4個LSTTL負載。使用片外存儲器時，作低八位地址和數(shù)據(jù)分時復用，能驅(qū)動8個LSTTL上拉電阻。GND：接地。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AT89S51單片機?，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]。負載電阻要根據(jù)MQ3實際的技術(shù)參數(shù)而選擇阻值合適的電阻。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。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。圖4 MQ3檢測電路 信號采樣電路信號的采樣模塊電路如圖5所示。此時如果將酒精溶液樣品靠近MQ3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。MQ3的靈敏度特性曲線如 圖3所示。如圖2所示：圖2 MQ3特點:檢測范圍為10ppm～2000ppm ；靈敏度高，輸出信號為伏特級；響應速度快，小于10秒；，尺寸：D17*H10。（2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。（3）毒性氣體傳感器。目前該類氣敏傳感器需求量最大，包含各種無機和有機類氣體檢測，主要用于抽油煙機、泄露報警器和空氣清新劑等方面，并已經(jīng)形成生產(chǎn)規(guī)模，在油田、礦區(qū)、化工、企業(yè)及家庭等生產(chǎn)和生活領(lǐng)域廣泛用作氣體泄露報普，特別是用于家庭氣體泄露報警，需求量不斷增加，使該類傳感器有著廣泛的發(fā)展空間。數(shù)碼管顯示模塊是對單片機處理后的數(shù)字信號的顯示，用來顯示酒精的濃度。但一次性成功的幾乎是不是不可能的。由于硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會相互影響，因此，從簡化電路結(jié)構(gòu)、降低成本、減少故障率、提高系統(tǒng)的靈活性與通用性方面考慮，提倡軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來完成；但也應考慮軟件代硬件的實質(zhì)是以降低系統(tǒng)的實時性、增加處理進行為代價的，而且軟件設(shè)計費用、研制周期也將增加，因此系統(tǒng)的軟硬件功能分配應根據(jù)系統(tǒng)的要求及實際情況而合理安排，統(tǒng)一考慮。在進行可行性調(diào)研后，如果可以立項，下一步工作就是系統(tǒng)總體方案的設(shè)計?？尚行哉{(diào)研的目的，是分析完成這個項目的可能性。水蒸氣對MQ3的影響很小，這一點可以通過對只裝有純凈水的塑料瓶的多次測量來驗證。（3）為了盡量減少設(shè)計的氣體傳感器的測量誤差，在測量酒精溶液樣品時要考慮并解決3個主要問題。（1）硬件電路方面，對氣體傳感器MQ3按檢測電路，接上一定阻值的負載電阻，檢測它的技術(shù)參數(shù)，確定MQ3所接負載電阻的大小，完成信號采樣電路的設(shè)計；采樣到的模擬電壓電信號通過A/D轉(zhuǎn)換，得到可供單片機處理的數(shù)字信號，再由單片機作相應的數(shù)據(jù)處理；發(fā)光二極管報警顯示和3個單位8段共陰數(shù)碼管濃度值顯示。開車司機只要將嘴對著傳感頭使勁吹氣，儀器就能發(fā)上顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。酒后駕車發(fā)生事故的機率高達27%。吸油煙機等產(chǎn)品上常用MQ3型半導體氣敏傳感器，它采用旁熱式結(jié)構(gòu)，陶瓷管內(nèi)裝有高阻抗加熱絲，管外涂有梳狀金屬電極，金屬電極之外涂有SnO2材料，使SnO2燒結(jié)體位于兩電極之間[6]。納米技術(shù)的發(fā)展，不僅為傳感器提供了優(yōu)良的敏感材料，而且為傳感器制作提供了許多新型方法。為改善其氣敏特性，常在SnO2基體中摻入貴金屬或其他金屬氧化物。 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀氣敏元件性能與敏感功能材料的種類、結(jié)構(gòu)及制作工藝密切相關(guān)。三是催化劑中毒。一是元件的穩(wěn)定性差。 由于氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少的手段，氣體傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。 conversing the voltage signal through the A/D conversion at the control of the singlechip, obtaining the digital voltage signal。對不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系做線性化處理，簡化了硬件電路的設(shè)計。設(shè)計的傳感器對酒精氣體反應靈敏，能在有效范圍內(nèi)測量它的濃度值。本文用AT89S51單片機與MQ3型氣體傳感器實現(xiàn)了對酒精濃度的測量，并對測量數(shù)據(jù)進行顯示，同時利用二極管簡單顯示濃度的高低，在設(shè)計允許值時發(fā)出報警。