【正文】 管集成驅(qū)動芯片 LM3914 的管腳圖如圖 11 所示。單片機引腳 － 連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 20 數(shù)據(jù)輸出端 D0﹑ D1﹑ D2﹑ D3﹑ D4﹑ D5﹑ D6﹑ D7端，用于讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。把模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 A2﹑ A1﹑ A0端分別用導(dǎo)線連接到地址鎖存器的低三位，用于選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道。單片機引腳 與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 EOC 端經(jīng)過或非門后的輸出端用導(dǎo)線相連接，用于單片機對模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的查詢，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后可以查詢到 為高電平，為單片機讀取數(shù)據(jù)作準備。單片機引腳 與 進過或非門后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 ALE 端和 START 端子用導(dǎo)線相連接，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片寫入數(shù)據(jù)的寫信號。 ADC0809 的 EOC 信號與單片機的 相連，作為 A/D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號供單片機 查詢。由于 ALE 和 START 連在一起， ADC0809在鎖存通道地址的同時啟動 A/D 轉(zhuǎn)換。由于 ADC0809 具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)瑣存器，其 8位數(shù)據(jù)輸出端可以直接與數(shù)據(jù)總線相連。 ALE 端信號的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6。采用查詢方式對輸入模擬信號進行 A/D轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)通過三位八段數(shù)碼管顯示。當(dāng) OE 輸 入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正 19 在進行。此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 GND：地。 REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓。 CLK：時鐘脈沖輸入端。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。如表 1 所示 。 21~28： 8 位數(shù)字量輸出端 。下面說明各引腳功能。輸入輸出與 TTL兼容。 17 圖 7 AT89S51 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計電路 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 8 所示，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。如圖 7所示， 10μF 的電容 C3 與 270Ω 的電阻并聯(lián)后再與一個 10KΩ 的電阻串聯(lián)，電容的正極端接到電源的正極，電容的另一端接至引腳 RST。復(fù)位是單片機的初始化操作，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動，所以復(fù)位電路的設(shè)計很有必要。因為電路中接的是石英晶體，所以設(shè)計中接的兩個電容 C1和 C2 的容量都為 33pF。10pF ，使用陶瓷諧振器推薦電容容量為 40pF177。對于外接電容 C1 和 C2的大小雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小還是會對振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來一定的影響。如圖 8所示，石英晶體及電容 C1 和 C2 接在放大器的反饋 回路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。 對于晶振部分， AT89S51 單片機中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 19 對應(yīng)的 XTAL1 和 18 對應(yīng)的 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。 對于電源部分，技術(shù)資料中性能參數(shù)里給出的標準工作電壓是 ～ 。針對不同型號的單片機在最小系統(tǒng)設(shè)計上會有一些差別。 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計包括電源，晶振和復(fù)位電路三個部分。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號，輸出。 EA /VCC：片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。 16 RST：復(fù)位輸入信號，高電平有效。 P3 口： 8位、準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電路，提供各種替代功能。當(dāng)使用片外存儲器（ ROM 及 RAM）時，輸出高8位地址。 P1 口： 8位、準雙向 I/O 口。 P0 口： 8位漏極開路的。 XTAL1：輸入到單片機內(nèi)部振蕩器的反相放大器。 15 圖 6 AT89S51 芯片管腳 VCC：運行和程序校驗時接電源正端。 AT89S51 芯片有 40 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 6所示。 AT89S51 提供以下標準功能： 4KBFlash 閃存存儲器，128B 內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線，看門狗，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8位單片機，片內(nèi)含4K 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它包括中央處理器 CPU，隨機存儲器 RAM，只讀存儲器 ROM，中斷系統(tǒng)，定時器 /計數(shù)器，串行口和 I/O 口等等。應(yīng)為實驗所用的 MQ3 在預(yù)熱 5 到 10 分鐘后，它的敏感體電阻只有 120KΩ ，所以負載電阻選用兩個 270Ω 并聯(lián)，構(gòu)成采樣部分的分壓電阻。 在采樣硬件電路中實際要考慮到 MQ3的實際技術(shù)參數(shù)，即加熱電阻和敏感體電阻的大小，該部分應(yīng)與電源正極相連。 當(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時，對應(yīng)的電位器的分壓值也會發(fā)生相應(yīng)的 變化，即一個電壓值對應(yīng)著一個被測酒精氣體濃度。 當(dāng)其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導(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氣體濃度的變化而變化。 MQ3 型氣敏傳感器與電位器串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，采樣點為電位器的分壓。 MQ3 的兩個 B 引腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個電極。 MQ3 的加熱電阻兩端即 H 引腳接至 +5V直流穩(wěn)壓電源，用于電阻絲對敏感體電阻的加熱。經(jīng)實驗的反復(fù)檢測， MQ3 傳感器可以正常工作使用，對不同濃度的酒精溶液有不同的變化，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間都正常，可以開始作信號采樣模塊電路的設(shè)計。移開小瓶過 1 分鐘左右后， A， B 之間電阻恢復(fù)至大于 120KΩ 。加熱開始幾秒鐘后 A， B 之間電阻迅速下降至 10KΩ 以下，然后又逐漸上升至 120KΩ 以上后并保持著。 圖 3 MQ3靈敏度特性曲線 檢測電路如 圖 4所示， 當(dāng)電源開關(guān) S斷開時，傳感器加熱電流為零，實測 A，B之間電阻大于 20MΩ 。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。 MQ3 型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物（二氧化錫）的 N 型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。如圖 2所示。 （ 4）在一些應(yīng)用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。 （ 2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。 傳感器的分類方式有很多種，以上是根據(jù)被檢測氣體的性質(zhì)進行的分類，也有根據(jù) 元件的物理特性進行分類的。 （ 3）毒性氣體傳感器。 CO 氣敏元件可用于工業(yè)生 產(chǎn)、環(huán)保、汽車、家庭等 CO 泄露和不完全燃燒檢測報警； H2氣敏元件除應(yīng)用于工業(yè)等領(lǐng)域外，主要用于家庭管道煤氣泄露報警。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。根據(jù)各功能模塊的設(shè)計，可得到它的 系統(tǒng)總框圖，如圖 1所示。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。 硬件系統(tǒng)框圖 基于 AT89S51 單片機用 MQ3 型氣體傳感器實現(xiàn)酒精氣體濃度的檢測，需要信號采集模塊用于對酒精濃度信號的采集，該信號是通過 MQ3 氣體傳感器和負載電壓得到分壓電信號。但一次性成功的幾乎是不是不可能的。在確定人員分工、安排工作進度、規(guī)定接口參數(shù)后，就比須考慮硬件軟件的具體問題了。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(yīng)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(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求及實際情況而合理安排，統(tǒng)一考慮。 (3)設(shè)計方案細化，確定軟硬件功能。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。如果有，則可分析他人是如何進行這方面工作 的，有什么有點和缺點，有什么值得借鑒的；如果沒有，則需要作進一步的調(diào)研，此時的重點應(yīng)放在能否實現(xiàn)這個環(huán)節(jié)，首先從理論上進行分析，探討實現(xiàn)的可能性，所需求的客觀條件是否具備，然后結(jié)合實際情況，再決定能否立項的問題?？尚行哉{(diào)研的目的，是分析完成這個項目的可能性。再通過反復(fù)多次測量多組數(shù)據(jù)，求其平均值的方法來縮小測量誤差。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。針對 9 這 3 個主要問題提出以下解決方案和驗證方法。 (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。因為原始的采樣值是一個間接的負載分壓值，需要將它轉(zhuǎn) 化為被測酒精濃度值。 (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(yīng)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。 酒精氣體濃度探測儀在生產(chǎn)生活中也有重要的應(yīng)用，比如，在一些環(huán)境要求嚴格的生產(chǎn)車間，用這種酒精濃度探測儀，可隨時檢測車間內(nèi)的酒精氣體濃度，當(dāng)酒精氣體濃度高于允許限定值時，發(fā)出警報，提醒人們及時通風(fēng)換氣，做到安全生產(chǎn)。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。 機動車駕駛?cè)藛T“酒后駕車” 及“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故 , 嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。 酒后駕車發(fā)生事故的機率高達27%。當(dāng)被檢氣體濃度增大到一定值時，氣敏元件的阻值將隨之下降到某一值，使電壓比較器的狀態(tài)發(fā)生變化，輸出控制信號經(jīng)電流放大后，控制繼電器或雙向晶閘管接通電動機電源使吸排油煙機工作。吸油煙機等產(chǎn)品上常用MQ3 型 半導(dǎo)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。當(dāng)然，在己獲得明顯進展的納米傳感領(lǐng)域中尚存在很多問題，從敏感材料到制作技術(shù)都很不成熟，其性能也有不盡人意的地方。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。通過控制氣敏材料微粒大小，顆粒納米化，摻雜其它添加劑或催化劑，利用過濾設(shè)備或透氣膜來獲得選擇性，控制工作溫度及環(huán)境濕度影響，改進制備等方法可以改善 SnO2傳感器的氣敏性能。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。 SnO2是一種廣普型的氣敏材料，圍繞 SnO2為基 體 材料的氣敏材料的制備及其氣敏元件制備的研究課題十分活躍。 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)。靈敏度問題。三是催化劑中毒。二是選擇性差。一是元件的穩(wěn)定性差。近年來，我國氣敏傳感器產(chǎn)業(yè)有了較快的發(fā)展，但與國外相比，從技術(shù)水平，產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等領(lǐng)域均存在著不小的差距。 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。我國傳感器 4 大類中，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的 %。 conversing the voltage signal through the A/D conversion at the control of the singlechip, obtaining the digital voltage signal。 關(guān)鍵詞：氣體傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機 6 Abstract Different concentrations of alcohol solution are detected and showed in the design. The design can be used to the detection of drunk driving through improvement. In this thesis, the concentration of alcohol can be measured and displayed by using the gas sensor based on AT89S51 MCU and MQ3. At the same time the concentration is displayed by LED, and the system allow to alarm in the certain value. In the thesis Major researches are three points. (1) In the hardware, detecting the tec