【正文】 大學(xué)三年學(xué)習(xí)生涯即將告以段落，在此要感謝三年以來(lái)一直對(duì)教學(xué)和指導(dǎo)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，孜孜不倦的所有的老師們，同時(shí)還要感謝跟我一同學(xué)習(xí)的同學(xué)，他們給了我?guī)椭⒅С趾蛣?dòng)力，讓我度過(guò)了一個(gè)美好的大學(xué)生活。 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(cè)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(cè)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(jī)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(jī)設(shè)計(jì)實(shí)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(jī)原理與應(yīng)用 [M]．清華大學(xué)出版社， 2020． [10] 胡乾斌，李光斌，李玲．單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 [M]．華中科技大學(xué)出版社， 2020． [11] 胡漢才．單片機(jī)原理與借口技術(shù) [M]．清華大學(xué)出版社， 2020． [12] 余家春． Protel 99 SE 電路設(shè)計(jì)實(shí)用教程 [M]．中國(guó)鐵道出版社， 2020． [13] 張培仁 ． 基于 匯編 語(yǔ)言編程 MCS51 單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M]． 北京：清華大學(xué)出版社 ， 2020． [14] T． Someya， J． Small， P． Kim， C． 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3位送送數(shù)碼管顯示。負(fù)載電阻的分壓值即對(duì)應(yīng)著一個(gè)酒精氣體的濃度值，只需對(duì)該分壓值采樣，就可得到要測(cè)酒精氣體濃度值的信號(hào)。當(dāng)傳感器的敏感部分吸附有酒精分子時(shí)，表面的導(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(cè)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。圖中所示的是檢測(cè)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。因此，對(duì)設(shè)計(jì)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(cè)酒后駕車。 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(cè)試結(jié)果 將配制好的濃度為 、 、 、 做成的探測(cè)儀檢測(cè)，其結(jié)果分別顯示為： 01 01 02 156。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。 在要作不同線性轉(zhuǎn)換電壓區(qū)間范圍和對(duì)應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系確定好了以后，根據(jù)表 4所對(duì)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。根據(jù)曲線圖的走向可以看出傳感器的酒精濃度檢測(cè)大致范圍，然后根據(jù)這個(gè)范圍選擇 7個(gè)合適的濃度值，多次測(cè)量電壓值，再取平均值作為最后電壓值，把 6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間范圍定下來(lái)，如表 3所示。 測(cè)量用的酒精溶液是用無(wú)水乙醇和純凈水按體積比來(lái)配制的，單位 mL/mL表示的是 1mL酒精溶液中含酒精的體積。 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(cè)的酒精氣體濃度值。這時(shí)候可以配制幾個(gè)酒精溶液對(duì)調(diào)試電路作初步測(cè)試。當(dāng)把不同濃度的酒精溶液樣品靠接氣敏傳感器時(shí)，各自對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的數(shù)據(jù)顯示，說(shuō)明整體電路已經(jīng)完全正確。 調(diào)試電路其他功能模塊正確后，將預(yù)熱足夠長(zhǎng)時(shí)間能正常工作的氣體傳感器MQ3 換上原來(lái) 20kΩ 的電阻。測(cè)量數(shù)據(jù)與數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)基本一致，說(shuō)明電路數(shù)碼管顯示部分連接正確。因?yàn)楦鲗?dǎo)線和元器件對(duì)電壓電流的影響，數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)與萬(wàn)用表測(cè)得的數(shù)據(jù)存在一定的偏差，但在可接受的范圍內(nèi)。先把氣體傳感器探頭用一個(gè)阻值為 20kΩ 的電阻替代，復(fù)位單片機(jī)，觀察數(shù)碼管上的顯示數(shù)據(jù)和發(fā)光二極管的點(diǎn)亮情況。初始化器件后，將經(jīng)過(guò)編譯生成的 ,HEX十六進(jìn)制文件下載到單片機(jī)。 打開(kāi) MedWin 軟件，將寫好的調(diào)試程序代碼在計(jì)算機(jī)上輸入、匯編、修改、產(chǎn)生代碼，形成輸入輸出口實(shí)驗(yàn) .HEX 文件。按照設(shè)計(jì)的步驟，并對(duì)照總電路圖，在面包板上連接電路。打開(kāi)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái) MedWin 單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，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。據(jù)此，可以寫出雙字節(jié)除法的程序代碼。除法運(yùn)算是按位進(jìn)行的，每一位是一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)中要作三件事，一是被除數(shù)左移一位，二是余數(shù)減除數(shù)，最后根據(jù)是否減來(lái)置商位為 1或 0。 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 ACALL SO RET SO:MOV R7,8 SO1:CLR RRC A MOV ,C SETB DJNZ R7,SO1 RET 表 2 七段 LED 字型碼 顯示字符 共陰極字型碼 共陽(yáng)極字型碼 0 3FH C0H 1 06H F9H 2 5BH A4H 3 4FH B0H 4 66H 99H 5 6DH 92H 6 7DH 82H 7 07H F8H 8 7FH 80H 9 6FH 90H 31 程序當(dāng)中為了顯示的精確，在有些位相除時(shí)用到了雙字節(jié)相除的算法。單片機(jī)對(duì)每次移出的位通過(guò) 輸入到移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端，移位寄存器的時(shí)鐘脈沖通過(guò)單片機(jī) 模擬的時(shí)鐘信號(hào)提供。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(shí)把要顯示的 3個(gè)位按順序串行送到數(shù)碼管集成驅(qū)動(dòng) 30 電路 74LS164 并行輸出，以同時(shí)驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。即首先，單片機(jī)要對(duì)采集到 的數(shù)據(jù)在哪個(gè)區(qū)間作個(gè)判斷跳轉(zhuǎn)，然后再根據(jù)該區(qū)間的線性關(guān)系作轉(zhuǎn)換，得到對(duì)應(yīng)的酒精濃度值。 MOV B,51 28 DIV AB 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 經(jīng)過(guò)處理后實(shí)際采樣到的電壓值對(duì)應(yīng)的各個(gè)位就分別存儲(chǔ)在 7DH， 7EH，7FH 三個(gè)存儲(chǔ)單元里面了。相除后對(duì)應(yīng)的每一位分別送到地址為7DH， 7EH， 7FH 的存儲(chǔ)單元保存，以供顯示或后續(xù)處理用。為此，在第一位單字節(jié)除 51后，接下來(lái)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(lái)。 TEST:MOV DPTR,7FF8H SETB MOVX DPTR,A JB ,$ MOVX A,DPTR RET 把轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓值讀取到單片機(jī)后，因?yàn)?實(shí)際的電壓值范圍在 0～+5V之間，而 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)應(yīng)的是 8位精度的處理，即從 00000000B到 11111111B，所以單片機(jī)還要對(duì)它作個(gè)除 51的處理工作。最后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀 取到單片機(jī)累加器 A中。 ADC0809中模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出標(biāo)志位是 EOC，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平有效。所以單片機(jī)在將地址 7FF8H 寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片后，一方面模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片鎖存地址選擇線的狀態(tài)，從而選通相應(yīng)的模擬通道，同時(shí)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換。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(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接，單片機(jī)在選擇讀寫地址時(shí)應(yīng)該為 7FF8H。即每次的初始化將上次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)全部清除，用于存放當(dāng)前要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。于是，對(duì)于程序的初始化程序代碼可以相應(yīng)寫出。因?yàn)樵诔绦蛑忻看螌?duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后讀取的數(shù)據(jù)，需要相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，同時(shí)對(duì)讀取的數(shù)據(jù)作適當(dāng)處理后也要送到特定的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)起來(lái)，以供后面的數(shù)碼管顯示用。程序流程圖如圖 16 所示。單片機(jī)通過(guò) I/O 口與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出口相連讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。所以單片機(jī)在啟動(dòng)測(cè)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，并將用 作查詢的單片機(jī)引腳 置位，然后啟動(dòng)對(duì)通道 IN0 端輸入的采集電壓信號(hào)作模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換的結(jié)束。 程序流程 當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器 MQ3 兩個(gè)電極端 AB 間電阻將變小，對(duì)應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。 對(duì)于 8051 系列單片機(jī)，現(xiàn)有四種語(yǔ)言支持，即匯編、 PL/M、 C和 BASIC。 打開(kāi) Microcontrmller ISP Software，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。 23 圖 14 數(shù)碼管顯示電路 系統(tǒng)整體電路圖 信號(hào)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(shí)也將采樣信號(hào)輸出端接至 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，再加上單片機(jī)最小系統(tǒng) 電路、單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接和單片機(jī)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。單片機(jī)引腳 用于給移位寄存器提供移位的時(shí)鐘脈沖，該引腳與三個(gè)移位寄存器的時(shí)鐘輸入端 CLK 相連。移位寄存器在電路中一是驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管點(diǎn)亮，二是對(duì)輸入的串行數(shù)據(jù)并行輸出，起到串并轉(zhuǎn)換的作用。選用 3個(gè)移位寄存器 74LS164 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管發(fā)光點(diǎn)亮。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(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 CPU 時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。靜態(tài) 顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用 CPU時(shí)間 少 。如圖 13所示。 8 段共陰數(shù)碼管由 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g、 dg 這 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。 圖 12 發(fā)光二極管顯示 22 數(shù)碼管顯示電路 發(fā)光二極管一般是砷化鎵半導(dǎo)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。 輸入靈敏度可以通過(guò)負(fù)載電阻的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即對(duì)地電阻調(diào)小時(shí)靈敏度下降；反之，靈敏度增加。 21 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(gè) 2K 的電阻，控制發(fā)光二極管的亮度， 5引腳為采樣信號(hào)的輸入端， 10 到 18引腳和 1引腳分別接發(fā)光二極管的負(fù)極端， 4 和 2 引腳與發(fā)光二極管的正極間接一個(gè) 10μF 的電容，作為發(fā)光二極管的虛電源，驅(qū)動(dòng)要反光的二極管點(diǎn)亮。 LM3914 的 9腳為點(diǎn)，條方式選擇端，當(dāng) 9腳與 11腳相接為點(diǎn)狀顯示；當(dāng) 9腳與 3腳相接，則為條狀顯示。為了驅(qū)動(dòng) LED1 發(fā)光，集成電路 LM3914 的 1腳輸出應(yīng)該為低電平，因此要求電壓比較器異相（ ）端的輸入電壓應(yīng)大于 。 10 個(gè)電壓比較器的同相輸入（ +）端分別接到 10 個(gè)等值電阻（ 1KΩ ）串聯(lián)回 路的 10 個(gè)分壓端。 圖 10 ADC0809 與單片機(jī) AT89S51 接口電路 發(fā)光二極管顯示報(bào)警電路 發(fā)光二極