【正文】 1IN31 0 0IN41 0 1IN51 1 0IN61 1 1IN7ADC0809芯片內(nèi)部沒有時(shí)鐘脈沖源，可以用單片機(jī)提供的地址鎖存控制輸入信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后，作為 ADC0809的時(shí)鐘輸入。當(dāng)檢測(cè)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。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 　　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。 　　Vcc：電源，單一+5V。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。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。 　　EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效?！　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9 ADC0809芯片IN0~IN7：8路模擬量輸入端。 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。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。,但復(fù)位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能夠保證給復(fù)位端RST提供大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平復(fù)位信號(hào)[10]。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。對(duì)于復(fù)位電路部分，AT89S51技術(shù)資料給出，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。10pF。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。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。這個(gè)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。因此，單片機(jī)的引腳40對(duì)應(yīng)的VCC接到+5V電源的正極，引腳10對(duì)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。對(duì)于選用的AT89S51單片機(jī)，根據(jù)美國ATMEL公司提供的技術(shù)資料，可以對(duì)它的最小系統(tǒng)作恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，如圖8所示[9]。這是使單片機(jī)正常工作的必要外圍電路部分。ALE以1/6的振蕩頻率固定速率輸出，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用作外部定時(shí)脈沖。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。在振蕩器工作時(shí)，在RST上作用兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位?！猂XD串行口輸入口，——TXD串行口輸出口，——外部中斷0輸入，——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，——低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫選通，——低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通?？梢则?qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P2口：8位、準(zhǔn)雙向I/O口。使用片外存儲(chǔ)器時(shí)，作低八位地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用，能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL上拉電阻。XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。GND：接地。下面說明各引腳功能。根據(jù)實(shí)際需要，本次設(shè)計(jì)選用的是以8051為核心單元Atmel公司的低耗AT89S51單片機(jī)。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?，F(xiàn)在，單片微機(jī)已不僅指單片計(jì)算機(jī)，還包括微計(jì)算機(jī)，微處理器，微控制器和嵌入式控制器，單片微機(jī)已是它們的俗稱[8]。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(jiǎn)稱，在國內(nèi)也常稱為“單片微機(jī)”或“單片機(jī)”。負(fù)載電阻要根據(jù)MQ3實(shí)際的技術(shù)參數(shù)而選擇阻值合適的電阻。對(duì)酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為對(duì)電位器分壓的采樣。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SnO2的N型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。將電極斷A接到電源正極，電極端B接兩個(gè)270Ω并聯(lián)的電阻。MQ3的兩個(gè)A引腳相連，作為敏感體電阻的一個(gè)電極。圖4 MQ3檢測(cè)電路 信號(hào)采樣電路信號(hào)的采樣模塊電路如圖5所示。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)。此時(shí)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。S接通，則f，f之間電流由開始時(shí)155mA降至153mA而穩(wěn)定。MQ3的靈敏度特性曲線如 圖3所示。當(dāng)其表面吸附有被測(cè)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(cè)氣體濃度的變化而變化。如圖2所示：圖2 MQ3特點(diǎn):檢測(cè)范圍為10ppm～2000ppm ；靈敏度高，輸出信號(hào)為伏特級(jí)；響應(yīng)速度快，小于10秒；，尺寸：D17*H10。（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(cè)氣體的性質(zhì)進(jìn)行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進(jìn)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(cè)報(bào)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(bào)警。目前該類氣敏傳感器需求量最大，包含各種無機(jī)和有機(jī)類氣體檢測(cè)，主要用于抽油煙機(jī)、泄露報(bào)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(bào)普，特別是用于家庭氣體泄露報(bào)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(jì)，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(duì)單片機(jī)處理后的數(shù)字信號(hào)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(jī)用MQ3型氣體傳感器實(shí)現(xiàn)酒精氣體濃度的檢測(cè)，需要信號(hào)采集模塊用于對(duì)酒精濃度信號(hào)的采集，該信號(hào)是通過MQ3氣體傳感器和負(fù)載電壓得到分壓電信號(hào)。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(jìn)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(huì)相互影響，因此，從簡(jiǎn)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(shí)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(shí)質(zhì)是以降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、增加處理進(jìn)行為代價(jià)的，而且軟件設(shè)計(jì)費(fèi)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(shí)際情況而合理安排，統(tǒng)一考慮。（3）設(shè)計(jì)方案細(xì)化，確定軟硬件功能。在進(jìn)行可行性調(diào)研后，如果可以立項(xiàng)，下一步工作就是系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。如果有，則可分析他人是如何進(jìn)行這方面工作的，有什么有點(diǎn)和缺點(diǎn)，有什么值得借鑒的；如果沒有，則需要作進(jìn)一步的調(diào)研，此時(shí)的重點(diǎn)應(yīng)放在能否實(shí)現(xiàn)這個(gè)環(huán)節(jié)，首先從理論上進(jìn)行分析，探討實(shí)現(xiàn)的可能性，所需求的客觀條件是否具備，然后結(jié)合實(shí)際情況，再?zèng)Q定能否立項(xiàng)的問題?？尚行哉{(diào)研的目的，是分析完成這個(gè)項(xiàng)目的可能性。再通過反復(fù)多次測(cè)量多組數(shù)據(jù)，求其平均值的方法來縮小測(cè)量誤差。水蒸氣對(duì)MQ3的影響很小，這一點(diǎn)可以通過對(duì)只裝有純凈水的塑料瓶的多次測(cè)量來驗(yàn)證。針對(duì)這3個(gè)主要問題提出以下解決方案和驗(yàn)證方法。（3）為了盡量減少設(shè)計(jì)的氣體傳感器的測(cè)量誤差，在測(cè)量酒精溶液樣品時(shí)要考慮并解決3個(gè)主要問題。因?yàn)樵嫉牟蓸又凳且粋€(gè)間接的負(fù)載分壓值，需要將它轉(zhuǎn)化為被測(cè)酒精濃度值。（1）硬件電路方面，對(duì)氣體傳感器MQ3按檢測(cè)電路，接上一定阻值的負(fù)載電阻，檢測(cè)它的技術(shù)參數(shù)，確定MQ3所接負(fù)載電阻的大小，完成信號(hào)采樣電路的設(shè)計(jì)；采樣到的模擬電壓電信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換，得到可供單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；發(fā)光二極管報(bào)警顯示和3個(gè)單位8段共陰數(shù)碼管濃度值顯示。 酒精氣體濃度探測(cè)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(yán)格的生產(chǎn)車間，用這種酒精濃度探測(cè)儀，可隨時(shí)檢測(cè)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(shí)，發(fā)出警報(bào)，提醒人們及時(shí)通風(fēng)換氣，做到安全生產(chǎn)。開車司機(jī)只要將嘴對(duì)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(jī)是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。機(jī)動(dòng)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(yán)重危害了道路交通安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。酒后駕車發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá)27%。當(dāng)被檢氣體濃度增大到一定值時(shí)，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(hào)經(jīng)電流放大后，控制繼電器或雙向晶閘管接通電動(dòng)機(jī)電源使吸排油煙機(jī)工作[7]。吸油煙機(jī)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[6]。當(dāng)然，在己獲得明顯進(jìn)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[5]。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(jìn)制備等方法可以改善SnO2傳感器的氣敏性能[4]。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(duì)氣體的檢測(cè)已經(jīng)是保護(hù)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，%。 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(jī)42AbstractDifferent 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 technology parameters MQ3 gas sensor, and connecting it to a testing part of the alcohol gas concentration。對(duì)不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系做線性化處理，簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)。本文的特色在于標(biāo)準(zhǔn)的確定。設(shè)計(jì)的傳感器對(duì)酒精氣體反應(yīng)靈敏，能在有效范圍內(nèi)測(cè)量它的濃度值。（2）軟件方面，主要研究了電壓到濃度的線性轉(zhuǎn)換和最終濃度值的數(shù)碼管顯示。本文用AT89S51單片機(jī)與MQ3型氣體傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)酒精濃度的測(cè)量，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，同時(shí)利用二極管簡(jiǎn)單顯示濃度的高低，在設(shè)計(jì)允許值時(shí)發(fā)出報(bào)警。第17周：準(zhǔn)備論文答辯。第1415周：完成并提交論文，對(duì)論文進(jìn)行修改定稿。第710周：建立系統(tǒng)模型，畫出電路圖，并對(duì)軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。確定方案，完成開題報(bào)告。單片機(jī)不斷采集經(jīng)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換后的變化的電壓值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理交數(shù)碼管顯示。氣體傳感器遇到酒精氣體后，阻值發(fā)生變化，所要測(cè)的電壓發(fā)生相應(yīng)的變化。三位數(shù)碼管顯示具體數(shù)值?？蛇x擇點(diǎn)狀顯示也可選擇條狀顯示。發(fā)光二極管顯示選用集成驅(qū)動(dòng)器LM3914。1個(gè)全雙工串行通信端口。5個(gè)中斷向量源。芯片內(nèi)部有時(shí)鐘振蕩器，只讀存儲(chǔ)器為4K字節(jié)，外部可擴(kuò)充至64K字節(jié)，128字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器，外部可擴(kuò)充至64K字節(jié)。MQ3型氣敏傳感器靈敏度高，響應(yīng)速度快。基本內(nèi)容和技術(shù)方案敏感部分由二氧化錫的N型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成的MQ3型氣敏傳感器，當(dāng)其表面吸附有被測(cè)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(cè)氣體的濃度的變化而變化。隨著新材料發(fā)展和新加工技術(shù)的提高，有了高可靠性和低功耗的氣體傳感器。單片機(jī)在整個(gè)傳感器中起操作和相應(yīng)數(shù)據(jù)處理并送顯示的作用，是傳感器的核心部分。也有選擇以其他氧化物為基本材料制成的傳感器，如選二氧化鈦?zhàn)鳛闅怏w傳感材料。目前，所設(shè)計(jì)的該類傳感器多選用以二氧化錫為基本材料，添加不同物質(zhì)制成的氣敏傳感器。當(dāng)然，依照同樣的原理也可設(shè)計(jì)檢測(cè)其他氣體的探測(cè)儀，與我們的生活息息相關(guān)的是檢測(cè)