【正文】 ALE： 地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 ADDA、 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) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 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，也可單獨工作。設(shè)計中選用的石英晶體大小為 ,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 個機器周期的高電平復(fù)位信號 [10]。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位、按 鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，本設(shè)計選用按鍵電平復(fù)位方式。 對于復(fù)位電路部分， AT89S51 技術(shù)資料給出，當(dāng)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(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，同時石英晶體的兩端分別接一個電容 C1 和 C2，電容的另一端接地。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。因此，單片機的 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 單片機提供正常的工作電壓。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(dāng)?shù)脑O(shè)計， 如圖 8 所示 [9]。這是使單片機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，可作為對外輸出的時鐘或用作外部定時脈沖。高電平時選擇片內(nèi)程序存儲器，低電平時程序存儲器全部在片外而不管片內(nèi)是否有程序存儲器。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(fù)位。 —— 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 定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入， —— T1 定時器 /計數(shù)器 1的外部輸入， —— WR 低電平有 效，輸出，片外存儲器寫選通， —— RD 低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通?？梢则?qū)動 4 個 LSTTL 負載。 P2 口： 8 位 、準(zhǔn)雙向 I/O 口。使用片外存儲器時，作低八位地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用，能驅(qū)動 8 個LSTTL 上拉電阻。 XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。 GND：接地。下面說明各引腳功能。 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。它集 Flash 程序存儲器，既可在線編程也可以用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 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。現(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]。 圖 5 采樣模塊 信號轉(zhuǎn)換 電路 單片微機是單片微型計算機的譯名簡稱，在國內(nèi)也常稱為“單片微機”或“單片機”。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。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。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 270Ω 并聯(lián)的電阻。 MQ3 的兩個 A 引腳相連，作為敏感體電阻的一個電極。 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。這種反應(yīng)可以重復(fù)試驗，但要注意使空氣恢復(fù)到潔凈狀態(tài) 。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。 S 接通，則 f， f 之間電流由開始時 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。如圖 2 所示： 圖 2 MQ3 特點 :檢測范圍為 10ppm～ 2020ppm ； 靈敏度高，輸出信號為伏特級；響應(yīng)速度快， 小于 10 秒；功耗 小于 ，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。 酒精 氣敏傳感器 LM3914 發(fā)光二極管 ADC0809 單片機 數(shù)碼管 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 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 ，可得到它的武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 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； 采樣到的武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 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 [7]。 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 [6]。 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 [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 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） II 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 technology parameters MQ3 gas sensor, and connecting it to a testing part of the alcohol gas concentration。 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 。 本文的特色在于標(biāo)準(zhǔn)的確定。 設(shè)計的傳感器對酒精氣體反應(yīng)靈敏，能在有效范圍內(nèi)測量它的濃度值。 （ 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 。 第 17 周：準(zhǔn)備論文答辯。 第 1415 周：完成并提交論文，對論文進行修改定稿。 第 710 周：建立系統(tǒng)模型，畫出電路圖，并對軟件進行仿真調(diào)試。確定方案，完成開題報告。單片機不斷采集經(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 點狀顯示也可選擇條狀顯示。內(nèi)部有 10 個電壓比較器，可驅(qū)動 10 個發(fā)光二極管。選用的開發(fā)平臺為 MedWin 單片機集成開發(fā)環(huán)境。 2 個獨立的 16 位定時器。32 條雙向輸入輸出線，每條均可以單獨做 I/O 的控制。 AT89S51 單片機是一般控制應(yīng)用的 8 位單片機。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù) 使用。智能化數(shù)字化的氣體傳感器克服了目前氣敏傳感器人