【正文】 $UE9wEwZQcUE%amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTamp。M uWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%M z849Gx^Gjqvz849Gx^Gjqv^$U*3t nGK8! z89AmYWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuGK8!z89AmYWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVkum amp。ksv*3tnGK8! z89AmYWpazadNuKNamp。qYp Eh5pDx2zVkumamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVkum amp。ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。ksv*3t nGK8! z89AmYWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVkum amp。ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVk umamp。ksv*3tnGK8! z89AmYWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。ksv*3tnGK8! z89AmYWpazadNuKNamp。3Q3vdWe3YXvbJr 1 題 目 酒精 濃度檢測 儀的設(shè)計 學 院 工程技術(shù)學院 專 業(yè) 電氣自動化 年 級 09 級 班 級 一班 學生姓名 指導(dǎo)教師 職稱 講 師 時 間 2020416 目 錄 摘要 ............................................ 2 Abstract ........................................ 3 1 緒論 .......................................... 4 設(shè)計背景 ..................................... 4 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀 ......................... 4 設(shè)計酒精濃度探測儀的 意義 ..................... 5 本文主要研究工作 ............................. 5 2 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) ............................. 7 單片機開發(fā)流程 ............................... 7 硬件系統(tǒng)框圖 ................................. 7 信號采集電路 ................................. 8 氣體傳感器的選擇 ....................... 8 信號采樣電路 .......................... 10 信號轉(zhuǎn)換電路 ................................ 11 發(fā)光二極管顯示報警電路 ...................... 17 數(shù)碼管顯示電路 .............................. 19 系統(tǒng)整體電路圖 .............................. 20 3 軟件編程 ..................................... 22 開發(fā)環(huán)境 .................................... 22 2 程序流程 .................................... 22 程序代碼編寫 ................................ 24 4 電路調(diào)試與測試結(jié)果 ............................ 29 電路調(diào)試 .................................... 29 濃度與顯示之間的關(guān)系 ........................ 30 傳感器的定標 .......................... 30 酒精濃度測試結(jié)果 ...................... 31 5 結(jié)束語 ....................................... 32 參考文獻 ....................................... 33 致 謝 ....................................... 34 附 錄 ....................................... 35 摘 要 本設(shè)計實現(xiàn)了對不同濃度酒精的檢測和顯示，通過適當改進可以用于檢測酒后駕車。 論文主要研究了（ 1）硬件方面， MQ3 氣體傳感器技術(shù)參數(shù)的檢測和將它接入到酒精濃度檢測模塊中；將模擬電壓信號放大驅(qū)動發(fā)光二極管點亮報警；將采集到的模擬電壓信號通過單片機控制經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字電壓信號；用于顯示濃度的數(shù)碼管顯示模塊。（ 3）對設(shè)計的傳感器進行了標定。并且在檢測低濃度酒精時誤差較小，最大誤差為 %滿足設(shè)計要求。對于流動空氣，樣品的穩(wěn)定性和水蒸氣的影響，提出了解決方案和驗證方法。設(shè)計的傳感器可以檢測不同濃度的酒精氣體，改進之后對解決酒后駕車事故和特殊場合酒精檢測都可以使用。 Analog voltage signal amplification to drive lightemitting diode light to alarm。 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 4 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 1 緒論 設(shè)計背景 我國傳感器市場的增長率超過 15%， 2020 年銷售額為 186 億元人民幣， 2020 年銷售額為 283 億元人民幣，預(yù)計 2020 年為 325億元人民幣， 2020 年為 374 億元人民幣。近年來，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世紀新的經(jīng)濟增長點。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測出來，并轉(zhuǎn)化為電信號的一類器件，用來對有害氣體，易燃易爆氣體等進行安全檢測和報警，對生產(chǎn)生活中需要了解的氣體進行檢測，分析，研究等。 目前，氣敏傳感器領(lǐng)域還存在一些問題。由于元件電阻和靈敏度隨時間而不斷變化，漂移大給檢測結(jié)果的可靠性帶來不穩(wěn)定的因素。由于在 檢測氣體時，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。摻有催化劑的氣敏元件接觸某些氣體后，活性組分被毒化，將會改變元件的選擇性，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。四是 SnO2元件有時由于靈敏度過大導(dǎo)致誤報，但是在檢測某些低濃度氣體時靈敏度卻難以達到要求。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)簡單，體小質(zhì)輕，堅固耐用等 優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用，目前仍以 SnO2材料為主。純 SnO2的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定性不高。盡管 SnO2基傳感材料具有許多優(yōu)點，作為材料也存在一定缺點。 納米科學 技術(shù) (Nano— ST)是研究尺寸在 — 100nm 的物質(zhì)組成體系的運動規(guī)律和相 互作用以及可能的實際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學技術(shù)。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。 氣敏傳感器在家用電器中也有相當廣泛的應(yīng)用。氣敏傳感器工作時，加熱器通電加熱，若無被檢氣體侵入時，氣敏元件的阻值基本不變當氣敏元件表面產(chǎn)生吸附作用，其阻值將隨氣體濃度的變化變化。 設(shè)計酒精濃度探測儀的意義 本設(shè)計基于 AT89S51單片機設(shè)計的酒精氣體濃度探測儀，可用來檢測酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測司機的酒精含量。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應(yīng)錯誤率顯著增加，當血液中酒精含量由 ‰ 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。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 , 因此測量呼氣中的酒精含量 , 就可判斷其醉 酒程度。當然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機一進入車內(nèi)檢測儀就檢測司機的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無法啟動，這樣就可從根本上解決酒后駕車問題。 本文主 要研究工作 本文以 AT89S51 單片機為核心，設(shè)計了用于測量酒精濃度的探測儀，主要研究工作包括以下 3 個方面。 (2)軟件方面，標準的確定是該部分要做的主要工作。通過多個樣品的測量確定多個濃度 6 區(qū)間的轉(zhuǎn)換標準，并將每個區(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實現(xiàn)。一是外界環(huán)境流動空氣對傳感器的影響和對氣體樣品的稀釋，二是樣品的穩(wěn)定性對測量帶來的誤差，三是水蒸氣對測量的影響。 測量樣品時，將探頭盡量放入塑料瓶內(nèi)，可以在一定程度上消除流動空氣的影響，同時應(yīng)選擇空氣流動較小的室內(nèi)環(huán)境來測量。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間，待其穩(wěn)定后再測量。 7 2 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 單片機開發(fā)流程 (1)可行性調(diào)研。進行這方面的工作，可參考國內(nèi)外有關(guān)資料，看是否有人進行過類似的工作。 (2)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計。工作的重點應(yīng)放在該項目的技術(shù)難度上，此時可參考這一方面更詳細、更具體的資料，根據(jù)系統(tǒng)的不同部分和要實現(xiàn)的功能，參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的性能，提出合理而可行的技術(shù)指標，編寫出設(shè)計任務(wù)書，從而完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計 。一旦總體方案確定下來，下一步的工作就是將該項目細化，即需明確哪些部分用硬件來完成，哪些部分用軟件來完成。在確定軟硬件功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計者的工作 就開始涉及到具體的問題，如儀器的體積及與具體技術(shù)指標相對應(yīng)的硬件實現(xiàn)方案，軟件的總體規(guī)劃等。 (4)一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)研、總體設(shè)計、硬件軟件設(shè)計、制版、元件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲器中放入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運行。由于單片機在執(zhí)行程序時人工是無法控制的，為了能夠調(diào)試程序，檢查硬件、軟件運行情況，這就需要借助某種開發(fā)工具模擬用戶實際的單片機，并且能隨時觀察運行的中間過程而不改變運行中有的 數(shù)據(jù)性能和結(jié)果，從而進行模擬現(xiàn)場的真實調(diào)