【正文】 面電阻會(huì)隨著被測(cè)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(diǎn)為電位器的分壓。 MQ3 的兩個(gè) B 引腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個(gè)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(duì)敏感體電阻的加熱。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)的反復(fù)檢測(cè)， MQ3 傳感器可以正常工作使用，對(duì)不同濃度的酒精 溶液有不同的變化，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間都正常，可以開始作信號(hào)采樣模塊電路的設(shè)計(jì)。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 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 檢測(cè)電路 如 圖 4 所示， 當(dāng)電源開關(guān) S 斷 開時(shí)，傳感器加熱電流為零，實(shí)測(cè) 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。 本設(shè)計(jì)中的酒精氣體 傳感器采用 河南漢威電子有限公司的 MQ3 型 ,它屬于 MQ 系列氣敏元件的一種。 （ 3）配有人機(jī)接口軟件的中心監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。 一個(gè)新型的氣體檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該包括： （ 1）基于一種或幾種傳感技術(shù)的氣體傳感器。毒性氣體傳感器又稱為環(huán)境有毒有害氣體傳感器，主要用于檢測(cè)煙氣、尾氣、廢氣等環(huán)境污染氣體，雖然 SnO2 氣敏傳感器對(duì) CO， H2S 等有毒有害 氣體敏感，但應(yīng)用最多的仍是電解式化學(xué)傳感器。由于我國(guó)管道煤氣中 H2 含量很高，而氫敏元件較氧化碳元件價(jià)格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報(bào)警更為適宜。 （ 2） CO 和 H2 氣敏傳感器。 圖 1 系統(tǒng)總框圖 信號(hào)采集 電路 氣體傳感器的選擇 根據(jù)被檢測(cè)氣體的不同，氣敏傳感器可分為以下三類 : （ 1）可燃性氣體氣敏傳感器。報(bào)警模塊 是對(duì)設(shè)定值提供報(bào)警功能，該功能用發(fā)光二極管顯示。信號(hào)轉(zhuǎn) 換模塊用來(lái)把采集到得模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換位可以用單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。由于單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)人工是無(wú)法控制的，為了能夠調(diào)試程序，檢查硬件、軟件運(yùn)行情況，這就需要借助某種開發(fā)工具模擬用戶實(shí)際的單片機(jī)，并且能隨時(shí)觀察運(yùn)行的中間過程而不改變運(yùn)行中有的數(shù)據(jù)性能和結(jié)果，從而進(jìn)行模擬現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)調(diào)試。 （ 4）一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)研、總體設(shè)計(jì)、硬件軟件設(shè)計(jì)、制版、元件安 裝后，在系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中放入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運(yùn)行。在確定軟硬件功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者的工作就開始涉及到具體的問題，如儀器的體積及與具體技術(shù)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案，軟件的總體規(guī)劃等。一旦總體方案確定下來(lái)，下一步的工作就是將該項(xiàng)目細(xì)化，即需明確哪些部分用硬件來(lái)完成，哪些部分用軟件來(lái)完成。工作的重點(diǎn)應(yīng)放在該項(xiàng)目的技術(shù)難度上，此時(shí)可參考這一方面更詳細(xì)、更具體的資料，根據(jù)系統(tǒng)的不同部分和要實(shí)現(xiàn)的功能，參考國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的性能，提出合理而可行的技術(shù)指標(biāo)，編寫出設(shè)計(jì)任務(wù)書，從而完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。 （ 2）系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。進(jìn)行這方面的工作，可參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，看是否有人進(jìn)行過類似的工作。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)開發(fā)流程 （ 1）可行性調(diào)研。用相同容量的塑料瓶配制好不同濃度 的酒精溶液后，將它密封并放置一段時(shí)間，待其穩(wěn)定后再測(cè)量。 測(cè)量樣品時(shí)，將探頭盡量放入塑料瓶?jī)?nèi)，可以在一定程度上消除流動(dòng)空氣的影響，同時(shí)應(yīng)選擇空氣流動(dòng)較小的室內(nèi)環(huán)境來(lái)測(cè)量。一是外界環(huán)境流動(dòng)空氣對(duì)傳感器的影響和對(duì)氣體樣品的稀釋，二是樣品的穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量帶來(lái)的誤差，三是水蒸氣對(duì)測(cè)量的影響。通過多個(gè)樣品的測(cè)量確定多個(gè)濃度區(qū)間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)， 并 將每個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系近似線性化處理，然后通過軟件 編程 的方法 來(lái) 實(shí)現(xiàn)。 （ 2）軟件方面， 標(biāo)準(zhǔn)的確定是該部分要做的主要工作 。 本文主要研究工作 本文以 AT89S51 單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了用于測(cè)量酒精濃度的探測(cè)儀，主要研究工作包括 以下 3 個(gè)方面。當(dāng)然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測(cè)試儀，司機(jī)一進(jìn)入車 內(nèi)檢測(cè)儀就檢測(cè)司機(jī)的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無(wú)法啟動(dòng)，這樣就可從根本上解決酒后駕車問題。人飲酒后 , 酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收 , 經(jīng)過血液循環(huán) , 約有 90%的酒精通過肺部呼氣排出 , 因此測(cè)量呼氣中的酒精含量 , 就可判斷其醉酒程度。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應(yīng)錯(cuò)誤率顯著增加，當(dāng)血 液中酒精含量由 ‰ 增至 1‰ ，發(fā)生車禍的可能性便增加 5 倍，如果增至 ‰ ，可能性再增加 6 倍。 設(shè)計(jì)酒精濃度探測(cè)儀 的意義 本設(shè)計(jì)基于 AT89S51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精氣體濃度探測(cè)儀，可用來(lái)檢測(cè)酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測(cè)司機(jī)的酒精含量。 氣敏傳感器工作時(shí)，加熱器通電加熱， 若無(wú)被檢氣體侵入時(shí)，氣敏元件的阻值基本不變當(dāng)氣敏元件表面產(chǎn)生吸附作用，其阻值將隨氣體濃度的變化變化。 氣敏傳感器在家用電器中也有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。納米固體材料具有龐大的界面，提供了大量氣體通道，從而大大提高了靈敏度 ，工作溫度大大降低， 大大縮小了傳感器的尺寸。 納米科學(xué)技術(shù) (Nano— ST)是研究尺寸在 — 100nm 的物質(zhì)組成體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 互作用以及可能的實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù)。盡管 SnO2 基傳感材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，作為材料也存在一定缺點(diǎn)。純 SnO2 的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定 性不高。用金屬氧化敏感材料制作的半導(dǎo)體式氣敏元件具有靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體小質(zhì)輕，堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，目前仍以 SnO2 材料為主 [3]。 四是 SnO2 元件有時(shí)由于靈敏度過大導(dǎo)致誤報(bào)，但是在檢測(cè)某些低濃度氣體時(shí)靈敏度卻難以達(dá) 到 要求 [2]。摻有催化劑的氣敏元件接觸某些氣體后，活性組分被毒化，將會(huì)改變?cè)倪x擇性，降低其敏感度和穩(wěn)定性，另外催化劑本 身也存在著不穩(wěn)定性問題。由于在檢測(cè)氣體時(shí)，往往還存在著其它的干擾氣體 (如煙酒等 )，使氣敏元件發(fā)生交叉響應(yīng)，產(chǎn)生誤報(bào)。由于元件電阻和靈敏度隨時(shí)間而不斷變化，漂移大給檢測(cè)結(jié)果的可靠性帶來(lái)不穩(wěn)定的因素。 目前，氣敏傳感器領(lǐng)域還存在一些問題。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一類器件，用來(lái)對(duì)有害氣體，易燃易爆氣體等進(jìn)行安全檢測(cè)和報(bào)警，對(duì)生產(chǎn)生活中 需要了解的氣體進(jìn)行檢測(cè)，分析，研究等。 近年來(lái)，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它將不僅促進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是 21 世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn) [1]。 displaying the concentration in the digital tube display module.(2)In the Software, linear conversion between the concentration of the alcohol and the voltage and the digital display of the final concentration value.(3) The designed sensor is calibrated. The design of gas sensor is responsive to the alcohol, can measure concentration in the effective range of its concentration. And in the low concentration of alcohol in the test the error is small with the maximum error %, meeting requirements of the design. The characteristics of the thesis are to determine the standard. The solutions and verification methods are proposed about the flow of air samples, the sample stability and water vapor. The conversion between voltage and concentration in different range is treated as linear relationship. The design of sensor can detect different the alcohol gas with different concentration. It plays an important role to solve the drunkdriving accidents and alcohol testing for special occasions after improvement. Key Words: Gas sensor, A/D conversion, Singlechip Microputer武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 設(shè)計(jì)背景 我國(guó)傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)率超過 15%， 20xx 年銷售額為 186 億元人民幣， 20xx 年銷售額為 283 億元人民幣，預(yù)計(jì) 20xx 年為 325 億元人民幣， 20xx 年為 374 億元人民幣。 Analog voltage signal amplification to drive lightemitting diode light to alarm。 設(shè)計(jì)的傳感器可以檢測(cè)不同 濃度的酒精氣體， 改進(jìn)之后 對(duì)解決酒后駕車事故和特殊場(chǎng)合酒精檢測(cè) 都 可以使用 。 對(duì) 于 流動(dòng)空氣，樣品的穩(wěn)定性和水蒸氣 的影響 ，提出了解決方案和驗(yàn)證方法。并且在檢測(cè)低濃度酒精時(shí)誤差較小， 最大誤差為 %滿足設(shè)計(jì)要求。 （ 3） 對(duì)設(shè)計(jì)的傳感器進(jìn)行了標(biāo)定 。 論文主要研究了 （ 1） 硬件方面， MQ3 氣體傳感器技術(shù)參數(shù)的檢測(cè)和將它接入到酒精濃度檢測(cè)模塊中 ；將模擬電壓信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮報(bào)警；將采集到的模擬電壓信號(hào)通過單片機(jī)控制經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換， 得到數(shù)字電壓 信號(hào)；用于顯示濃度的數(shù)碼管顯示模塊。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 摘 要 ..............................................................................................................................................I Abstract........................................................................................................................................... II 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 設(shè)計(jì)背景 .................................................................................................................................. 1 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀 .......................................................................................................... 1 設(shè)計(jì)酒精氣體傳感器的意義 .................................................................................................. 2 本文主要研究工作 .................................................................................................................. 2 2 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ................................................................................................................. 4 單片機(jī)開發(fā)流程 .............................