【正文】 目前，所設(shè)計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。也有選擇以其他氧化物為基本材料制成的傳感器，如選二氧化鈦作為氣體傳感材料。單片機(jī)在整個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。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?；緝?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的濃度的變化而變化。MQ3型氣敏傳感器靈敏度高，響應(yīng)速度快。芯片內(nèi)部有時鐘振蕩器，只讀存儲器為4K字節(jié)，外部可擴(kuò)充至64K字節(jié)，128字節(jié)的隨機(jī)存儲器，外部可擴(kuò)充至64K字節(jié)。5個中斷向量源。1個全雙工串行通信端口。發(fā)光二極管顯示選用集成驅(qū)動器LM3914?？蛇x擇點狀顯示也可選擇條狀顯示。三位數(shù)碼管顯示具體數(shù)值。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。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。確定方案，完成開題報告。第710周：建立系統(tǒng)模型，畫出電路圖，并對軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。第1415周：完成并提交論文，對論文進(jìn)行修改定稿。第17周：準(zhǔn)備論文答辯。本文用AT89S51單片機(jī)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(jìn)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。（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。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。本文的特色在于標(biāo)準(zhǔn)的確定。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。關(guān)鍵詞：氣體傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)AbstractDifferent 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。 conversing the voltage signal through the A/D conversion at the control of the singlechip, obtaining the digital voltage signal。我國傳感器4大類中，%。 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(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。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。一是元件的穩(wěn)定性差。二是選擇性差。三是催化劑中毒。靈敏度問題。 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)。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。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。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]。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。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]。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)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(jī)電源使吸排油煙機(jī)工作[7]。酒后駕車發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá)27%。機(jī)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(yán)重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。開車司機(jī)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(jī)是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。 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(yán)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)。（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(fù)載電阻，檢測它的技術(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(jī)處理的數(shù)字信號，再由單片機(jī)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。因為原始的采樣值是一個間接的負(fù)載分壓值，需要將它轉(zhuǎn)化為被測酒精濃度值。（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。針對這3個主要問題提出以下解決方案和驗證方法。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。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?？尚行哉{(diào)研的目的，是分析完成這個項目的可能性。如果有，則可分析他人是如何進(jìn)行這方面工作的，有什么有點和缺點，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(jìn)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。在進(jìn)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。（3）設(shè)計方案細(xì)化，確定軟硬件功能。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(jìn)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。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。但一次性成功的幾乎是不是不可能的。 硬件系統(tǒng)框圖基于AT89S51單片機(jī)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(fù)載電壓得到分壓電信號。數(shù)碼管顯示模塊是對單片機(jī)處理后的數(shù)字信號的顯示，用來顯示酒精的濃度。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。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，主要用于抽油煙機(jī)、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。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。（3）毒性氣體傳感器。 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(jìn)行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進(jìn)行分類的。（2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。（4）在一些應(yīng)用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。如圖2所示：圖2 MQ3特點:檢測范圍為10ppm～2000ppm ；靈敏度高，輸出信號為伏特級；響應(yīng)速度快，小于10秒；，尺寸：D17*H10。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的靈敏度特性曲線如 圖3所示。S接通，則f，f之間電流由開始時155mA降至153mA而穩(wěn)定。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。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)。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。MQ3的兩個A引腳相連，作為敏感體電阻的一個電極。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。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。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。負(fù)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。圖5 采樣模塊 信號轉(zhuǎn)換電路單片微機(jī)是單片微型計算機(jī)的譯名簡稱，在國內(nèi)也常稱為“單片微機(jī)”或“單片機(jī)”?，F(xiàn)在，單片微機(jī)已不僅指單片計算機(jī)，還包括微計算機(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]。它集Flash程序存儲器，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。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(jī)。下面說明各引腳功能。GND：接地。XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。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。P2口：8位、準(zhǔn)雙向I/O口?？梢则?qū)動4個LSTTL負(fù)載?！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，——低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通，——低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。在振蕩器工作時，在RST上作用兩個機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。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。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。這是使單片機(jī)正常工作的必要外圍電路部分。對于選用的AT89S51單片機(jī)，根據(jù)美國ATMEL公司提供的技術(shù)資料，可以對它的最小系統(tǒng)作恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計，如圖8所示[9]。因此，單片機(jī)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(jī)提供正常的工作電壓。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。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。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。10pF。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(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。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。,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(jī)器周期的高電平復(fù)位信號[10]。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。 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。 圖9 ADC0809芯片IN0~IN7：8路模擬量輸入端?！　DDA、ADD