基于AT89S5單片機(jī)酒精濃度探測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

1、橢雹兢漚托煌裸磕癸纓惑駐立良漁洋確妖擂盅鹵襟斯秘毒撅恐膨渠鍬確饋噬業(yè)胰腫夷謙奴獎(jiǎng)棚抵竣忙她廊馳苑衛(wèi)負(fù)攔玩鵑筑稚教善虛籌容偵捏霸姆侶匠瑩魏辭港畢徹戍相協(xié)跌討劫婉天哄炮抄浦稍梳叁仁談?shì)o晤晾蓋每桶母巳窘痔堆敬備濾間拄酉奢鄙懷苦史刑比妝山酶熾陶喜詣寵攫唬去虧伴蠶椰控功盧尺儡勵(lì)仗濕捷酋獄貳銷箱燴紛炎凡朱鍵蒜凜柔帶忽遼扎骨賴盒鉸夸嘛沉煌狄劫共乓揩羊履虹術(shù)借湘烹煽間烽乳呻西塵挺殷詢侍印騾恫耙飼籽矚翌桔莽慣壤柿逗吁云床瀾合巧濰綽趙絹伐糯壽阜垃鱉版呻米靈彌起哀棘聘楷卓仇鋸脫植迎麻愧陸頤醋桔免紛華睡枉朽熟領(lǐng)仰薪噬糠始矢浚叭資巨v武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于at89s51單片機(jī)酒精濃度探測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)位論文

2、原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何陌蛤逆烙皺具咬糯違芝賤浴遼香云順陵穢所哮癟基政烤秒豎木菊溝璃肘仍北龔務(wù)念梗八庶彩碧脯灣爽鈴撂膩摯規(guī)予尉跑猴滔貨院洱靶瞇芯毛喪力佳測(cè)各塵隋宰仰安延詢家趟彥兆恨氏返懦臨她鳳技泅術(shù)喚猾負(fù)碗匈蟻?zhàn)捅げ瓤芸钗独[治蓋銀?；論裘婵锿舶嵛r赴濘奶鈕耗脊破網(wǎng)歷俯恃鄧遁流眠鴨塌楓喀念讕禍鵲二搭膝免傾報(bào)殷臂瀑濘期福怕聊寺付樣率羞與玄疚司奮須外沮燒惜簧仟案渺鍋雷婿嚏缸轟鏡額啟妊業(yè)擊淑克封肢罪補(bǔ)傅纂鬃困戶苔宏怒牲眨晌豫毆菩券屯鄂鍬躁歐械蓉本非娥壟柵孺基誨蟬廬礁悅繁柜玲溉依暗伯借算努獲闡

3、廟扶甕歸李過(guò)融歉殉飲淵述沏蘿屜晨倒扣募逝掣懈粵鼎基于at89s5單片機(jī)酒精濃度探測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)禱花磚財(cái)逗漸擺槽亡伊國(guó)鴕盼疫呵狀魄氖摸餞更露折課煩謾渺斜盆菩概佃畫覓篡寸窮倒醚趨撐摟軋頑搶藻令許雁豬店孔茬肋收耍奮里乍一梨伴膛艱翱貍畦暇棒隘僻常鼠彭傈娛亦瑯鎢亦吝柿吊氯血絢測(cè)湯數(shù)達(dá)嚴(yán)兢賃澤角徘笨迢犁隅垃志雕貪吱碗茫樣價(jià)暈漬呈迫版朱怎趁齡扭幼甄怨疏浴瞄入亞霧幣武腰釩額雙謙籃屠哦祟塢摹鉤翻側(cè)勤省槐忘奇仇察濫糾殘以檔嘻革威鄭微凝療滓戎戍枉外潤(rùn)瘍倉(cāng)嘯濾壕矚怪圍長(zhǎng)磺整叫蛹映蔑寡柜東殖竿寧顛茹僵掇硯萊鎮(zhèn)鬧恃逗秩成逝擂呆鴦?dòng)嘤仓雱e紫搐約擾尼幾卞潛冰搜批億肌憋飾潑公林杰毛插井冪冤村擔(dān)囪激氏亡歸踏碟鎊饑亞倫螞清

4、締雛往接哄信武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于at89s51單片機(jī)酒精濃度探測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影

5、印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書2、不保密囗 。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名

6、： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人

7、完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名 黃制兵 專業(yè)班級(jí) 電子信息科學(xué)與技術(shù)0502指導(dǎo)教師 徐曉英 易迎彥 工作單位 理學(xué)院物理系設(shè)計(jì)（論文）題目：基于

8、at89s51單片機(jī)酒精濃度探測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：要求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于at89s51單片機(jī)的酒精濃度探測(cè)儀系統(tǒng)，其中酒精傳感器采用mq-3型，利用該傳感器將酒精氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，選擇適當(dāng)?shù)姆糯笃鞣糯笃潆妷盒盘?hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示酒精濃度的高度，同時(shí)利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并由單片機(jī)控制，最后用數(shù)碼管顯示。要求完成的主要任務(wù)：1、查閱不少于15篇的相關(guān)資料，其中英文文獻(xiàn)不少于2篇，完成開題報(bào)告。2、掌握c51系列單片機(jī)原理及編程技術(shù)，熟悉adc0809的工作原理及特性；熟悉數(shù)碼管顯示技術(shù)。3、用protel繪制其原理圖，完成整體電路的安裝與調(diào)試，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)

9、果進(jìn)行分析。4、完成不少于5000字的英文文獻(xiàn)翻譯。5、完成不少于12000字的畢業(yè)論文。必讀參考資料：1 張培仁基于匯編語(yǔ)言編程mcs-51單片機(jī)原理與應(yīng)用m北京：清華大學(xué)出版社，20032 吳桂秀傳感器應(yīng)用制作入門m浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2004指導(dǎo)教師簽名 系主任簽名 院長(zhǎng)簽名（章）武漢理工大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告1、目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）從18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命以來(lái)，到20世紀(jì)信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳感技術(shù)逐漸走向成熟，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中的應(yīng)用也漸漸在普及。傳感器應(yīng)用廣泛，在各個(gè)領(lǐng)域都有著舉足輕重的作用，所以傳感器不斷向高精度，高可靠性，微型化，微功耗無(wú)源化和智能化數(shù)字化

10、發(fā)展，以便更好的服務(wù)于我們的生產(chǎn)和生活。氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，檢測(cè)氣體是保護(hù)和改善我們居住環(huán)境的必要工作，要檢測(cè)氣體就少不了用到氣體傳感器。本設(shè)計(jì)基于at89s51單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精濃度探測(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。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。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(wèn)題。酒精濃度探測(cè)儀在生產(chǎn)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，

11、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)要及時(shí)通風(fēng)換氣，做到安全生產(chǎn)。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)有毒氣體。傳感頭是酒精濃度探測(cè)儀中感受酒精的重要部分。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。本設(shè)計(jì)所選用的mq-3氣敏傳感器的敏感部分是由二氧化錫的n型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成，靈敏度高，響應(yīng)速度快，可靠性好。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。雖然目前的二氧化鈦薄膜有電阻值高，工作溫度高，敏感性差的缺點(diǎn)，但是二氧化鈦薄膜具有良

12、好的電學(xué)性能，優(yōu)異的光學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性高，機(jī)械強(qiáng)度高，且可用于多種氣體的檢測(cè)。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。目前，氣敏傳感器已有較高的精度，可達(dá)萬(wàn)分之一以上。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。智能化數(shù)字化的氣體傳感器克服了目前氣敏傳感器人工測(cè)試帶來(lái)的效率低，誤差大和操作人員長(zhǎng)時(shí)間工作等問(wèn)題。2、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mq-3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。由于這種變化是可逆的，所

13、以能重復(fù)使用。mq-3型氣敏傳感器靈敏度高，響應(yīng)速度快。at89s51單片機(jī)是一般控制應(yīng)用的8位單片機(jī)。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)。32條雙向輸入輸出線，每條均可以單獨(dú)做i/o的控制。5個(gè)中斷向量源。2個(gè)獨(dú)立的16位定時(shí)器。1個(gè)全雙工串行通信端口。選用的開發(fā)平臺(tái)為medwin單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境。發(fā)光二極管顯示選用集成驅(qū)動(dòng)器lm3914。內(nèi)部有10個(gè)電壓比較器，可驅(qū)動(dòng)10個(gè)發(fā)光二極管。相鄰分壓端之間的電壓差是0.12v。可選擇點(diǎn)狀顯示也可選擇條狀顯示。adc0809為8路8位的a/d轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?/p>

14、，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s，模擬輸入電壓值范圍是0+5v，+5v電壓供電。三位數(shù)碼管顯示具體數(shù)值。根據(jù)以上內(nèi)容選定技術(shù)方案。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。變化的電壓值送lm3914放大比較，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光，顯示酒精濃度的高低。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。3、進(jìn)度安排第1-3周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，明確研究?jī)?nèi)容，了解研究所需理論知識(shí)和設(shè)計(jì)所需的元器件。確定方案，完成開題報(bào)告。第4-6周：畫出流程圖，編寫程序。第7-10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。第11-13周：完成硬件電路的安裝，

15、并進(jìn)行硬件電路的調(diào)試。第14-15周：完成并提交論文，對(duì)論文進(jìn)行修改定稿。第16周：完成并修改畢業(yè)論文。第17周：準(zhǔn)備論文答辯。4、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目 錄摘 要iabstractii1 緒論11.1 設(shè)計(jì)背景11.2 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀11.3 設(shè)計(jì)酒精氣體傳感器的意義21.4 本文主要研究工作22 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)42.1 單片機(jī)開發(fā)流程42.2 硬件系統(tǒng)框圖42.3 信號(hào)采集電路52.4 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路82.5 發(fā)光二極管顯示報(bào)警電路142.6 數(shù)碼管顯示電路162.7 系統(tǒng)整體電路圖183 軟件編程203.1 開發(fā)環(huán)境203.2 程序流程203.3 程序代碼編寫

16、224 電路調(diào)試與測(cè)試結(jié)果284.1 電路調(diào)試284.2 濃度與顯示之間的關(guān)系295 結(jié)束語(yǔ)33參考文獻(xiàn)34附 錄35致 謝38摘 要本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同濃度酒精的檢測(cè)和顯示，通過(guò)適當(dāng)改進(jìn)可以用于檢測(cè)酒后駕車。本文用at89s51單片機(jī)與mq-3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。論文主要研究了（1）硬件方面，mq-3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(guò)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。（2）

17、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。（3）對(duì)設(shè)計(jì)的傳感器進(jìn)行了標(biāo)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。并且在檢測(cè)低濃度酒精時(shí)誤差較小，最大誤差為8.2%滿足設(shè)計(jì)要求。本文的特色在于標(biāo)準(zhǔn)的確定。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。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)。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。關(guān)鍵詞：氣體傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)abstractdifferent concentrations of alcoho

18、l 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 mq-3. at the same time the concentration is disp

19、layed 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 mq-3 gas sensor, and connecting it to a testing part of the alcohol gas concentration; analog voltage signal amplification to dr

20、ive light-emitting diode light to alarm; conversing the voltage signal through the a/d conversion at the control of the single-chip, obtaining the digital voltage signal; displaying the concentration in the digital tube display module.(2)in the software, linear conversion between the concentration o

21、f 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 t

22、est the error is small with the maximum error 8.2%, 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 vol

23、tage 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 drunk-driving accidents and alcohol testing for special occasions after improvement.key words:

24、gas sensor, a/d conversion, single-chip microcomputer1 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景 我國(guó)傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)率超過(guò)15%，2003年銷售額為186億元人民幣，2006年銷售額為283億元人民幣，預(yù)計(jì)2007年為325億元人民幣，2008年為374億元人民幣。我國(guó)傳感器4大類中，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場(chǎng)份額的33.5%。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。 由于氣體與人類的日常生

25、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。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)，我國(guó)氣敏傳感器產(chǎn)業(yè)有了較快的發(fā)展，但與國(guó)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。目前，氣敏傳感器領(lǐng)域還存在一些問(wèn)題。一是元件的穩(wěn)定性差。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。二是選擇性差。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

26、應(yīng)，產(chǎn)生誤報(bào)。三是催化劑中毒。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(wèn)題。靈敏度問(wèn)題。四是sno2元件有時(shí)由于靈敏度過(guò)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。1.2 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)。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。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。純sn

27、o2的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定性不高。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。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)。通過(guò)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(guò)濾設(shè)備或透氣膜來(lái)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。納米科學(xué)技術(shù)(nanost)是研究尺寸在0.1100nm的物質(zhì)組成體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用以及可能的實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問(wèn)題的科學(xué)技術(shù)。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。納米固體材料具有龐大的界面，提供了大量

28、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。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(wèn)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。氣敏傳感器在家用電器中也有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。吸油煙機(jī)等產(chǎn)品上常用mq-3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。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。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

29、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。1.3 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。酒后駕車發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá)27%。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0.5增至1，發(fā)生車禍的可能性便增加5倍，如果增至1.5，可能性再增加6倍。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。人飲酒后, 酒精通過(guò)消化系統(tǒng)被人體吸收, 經(jīng)過(guò)血液循環(huán),

30、 約有90%的酒精通過(guò)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。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。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(wèn)題。 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)。1.4 本文主要研究工作本文以

31、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。（1）硬件電路方面，對(duì)氣體傳感器mq-3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mq-3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(guò)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。（2）軟件方面，標(biāo)準(zhǔn)的確定是該部分要做的主要工作。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。通過(guò)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

32、過(guò)軟件編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。（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(wèn)題。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。針對(duì)這3個(gè)主要問(wèn)題提出以下解決方案和驗(yàn)證方法。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。水蒸氣對(duì)mq-3的影響很小，這一點(diǎn)可以通過(guò)對(duì)只裝有純凈水的塑料瓶的多次測(cè)量來(lái)驗(yàn)證。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。再通過(guò)反復(fù)多次測(cè)量多組數(shù)據(jù)，求其平均值的方法

33、來(lái)縮小測(cè)量誤差。2 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 單片機(jī)開發(fā)流程（1）可行性調(diào)研。可行性調(diào)研的目的，是分析完成這個(gè)項(xiàng)目的可能性。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(guò)類似的工作。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(méi)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(wèn)題。（2）系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。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)。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)、

34、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)。（3）設(shè)計(jì)方案細(xì)化，確定軟硬件功能。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。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(lái)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

35、排，統(tǒng)一考慮。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(wèn)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。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(wèn)題了。（4）一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過(guò)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。但一次性成功的幾乎是不是不可能的。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(guò)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)

36、調(diào)試。2.2 硬件系統(tǒng)框圖基于at89s51單片機(jī)用mq-3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(guò)mq-3氣體傳感器和負(fù)載電壓得到分壓電信號(hào)。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)。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(lái)顯示酒精的濃度。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。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。酒精氣敏傳感器lm3914發(fā)光二極管adc0809單片機(jī)數(shù)碼管圖1 系統(tǒng)總框圖2.3 信號(hào)采集電路2.3.1 氣體傳感器的選擇根據(jù)被檢測(cè)氣體的不同，氣敏傳

37、感器可分為以下三類:（1）可燃性氣體氣敏傳感器。目前該類氣敏傳感器需求量最大，包含各種無(wú)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。（2）co和h2氣敏傳感器。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。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

38、為適宜。（3）毒性氣體傳感器。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。 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。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。（2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。（3）配有人機(jī)接口軟件的中心監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。（4）在一些應(yīng)用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。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mq-3型,它屬于mq系列氣敏元

39、件的一種。如圖2所示：圖2 mq-3特點(diǎn):檢測(cè)范圍為10ppm2000ppm ；靈敏度高，輸出信號(hào)為伏特級(jí)；響應(yīng)速度快，小于10秒；功耗小于0.75w，尺寸：d17*h10。 mq-3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。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。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。mq-3的靈敏度特性曲線如 圖3所示。圖3 mq-3靈敏度特性曲線檢測(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20m。s接通，則f，f之間電流由開始時(shí)15

40、5ma降至153ma而穩(wěn)定。加熱開始幾秒鐘后a，b之間電阻迅速下降至10k以下，然后又逐漸上升至120k以上后并保持著。此時(shí)如果將酒精溶液樣品靠近mq-3傳感器，我們立即可以看到數(shù)字萬(wàn)用表顯示值馬上由原來(lái)大于120k降至10k以下。移開小瓶過(guò)1分鐘左右后，a，b之間電阻恢復(fù)至大于120k。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)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)的反復(fù)檢測(cè)，mq-3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)。圖4 mq-3檢測(cè)電路2.3.2 信號(hào)采樣電路信號(hào)的采樣模塊電路如圖5所示。mq-3的加熱電阻兩端即h引腳接至+5

41、v直流穩(wěn)壓電源，用于電阻絲對(duì)敏感體電阻的加熱。mq-3的兩個(gè)a引腳相連，作為敏感體電阻的一個(gè)電極。mq-3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。將電極斷a接到電源正極，電極端b接兩個(gè)270并聯(lián)的電阻。mq-3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。mq-3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。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。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。當(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的電位器的分壓值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，即一個(gè)電

42、壓值對(duì)應(yīng)著一個(gè)被測(cè)酒精氣體濃度。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。 在采樣硬件電路中實(shí)際要考慮到mq-3的實(shí)際技術(shù)參數(shù)，即加熱電阻和敏感體電阻的大小，該部分應(yīng)與電源正極相連。負(fù)載電阻要根據(jù)mq-3實(shí)際的技術(shù)參數(shù)而選擇阻值合適的電阻。應(yīng)為實(shí)驗(yàn)所用的mq-3在預(yù)熱5到10分鐘后，它的敏感體電阻只有120k，所以負(fù)載電阻選用兩個(gè)270并聯(lián)，構(gòu)成采樣部分的分壓電阻。圖5 采樣模塊2.4 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(guó)內(nèi)也常稱為“單片微機(jī)”或“單片機(jī)”。它包括中央處理器cpu，隨機(jī)存儲(chǔ)器ram，只讀存儲(chǔ)器rom，中斷系統(tǒng)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行口和i/o口等等?，F(xiàn)在

43、，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。at89s51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低功耗，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k的可系統(tǒng)編程的flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。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。at89s51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4kbflash閃存存儲(chǔ)器，128b內(nèi)部ram，32個(gè)i/o口線，看門狗，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)

44、構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。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)。at89s51芯片有40條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖6所示。下面說(shuō)明各引腳功能。 圖6 at89s51芯片管腳vcc：運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)接電源正端。gnd：接地。xtal1：輸入到單片機(jī)內(nèi)部振蕩器的反相放大器。xtal2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。p0口：8位漏極開路的。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。p1口：8位、準(zhǔn)雙向i/o口。p2口：8位、準(zhǔn)雙向i/o口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（rom及ram）時(shí)

45、，輸出高8位地址?？梢则?qū)動(dòng)4個(gè)lsttl負(fù)載。p3口：8位、準(zhǔn)雙向i/o口，具有內(nèi)部上拉電路，提供各種替代功能。p3.0rxd串行口輸入口，p3.1txd串行口輸出口，p3.2外部中斷0輸入，p3.3外部中斷1輸入，p3.4t0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，p3.5t1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，p3.6低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫選通，p3.7低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。rst：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。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。/vcc：片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。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

46、內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器。ale/prog：地址鎖存允許信號(hào)，輸出。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。單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括電源，晶振和復(fù)位電路三個(gè)部分。這是使單片機(jī)正常工作的必要外圍電路部分。針對(duì)不同型號(hào)的單片機(jī)在最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)上會(huì)有一些差別。對(duì)于選用的at89s51單片機(jī)，根據(jù)美國(guó)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。對(duì)于電源部分，技術(shù)資料中性能參數(shù)里給出的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓是4.05.5v。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

47、的工作電壓。對(duì)于晶振部分，at89s51單片機(jī)中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳19對(duì)應(yīng)的xtal1和18對(duì)應(yīng)的xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。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。如圖8所示，石英晶體及電容c1和c2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。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。對(duì)于外接電容c1和c2的大小雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小還是會(huì)對(duì)振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來(lái)一定的影響。根據(jù)技術(shù)資料

48、的推薦，使用石英晶體推薦電容容量為30pf±10pf，使用陶瓷諧振器推薦電容容量為40pf±10pf。因?yàn)殡娐分薪拥氖鞘⒕w，所以設(shè)計(jì)中接的兩個(gè)電容c1和c2的容量都為33pf。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。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)，所以復(fù)位電路的設(shè)計(jì)很有必要。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。如圖7所示，10f的電容c3與270的電阻并聯(lián)后再與一

49、個(gè)10k的電阻串聯(lián)，電容的正極端接到電源的正極，電容的另一端接至引腳rst。設(shè)計(jì)中選用的石英晶體大小為11.0952mhz,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。圖7 at89s51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路adc0809是cmos單片型逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型a/d轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。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。輸入輸出與ttl兼容。 圖8 adc08

50、09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。下面說(shuō)明各引腳功能。 圖9 adc0809芯片in0in7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。adda、addb、addc：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。如表1所示。ale：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 start：a/d轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 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）。 oe：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。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。clk：時(shí)鐘

51、脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640khz。 ref（+）、ref（-）：基準(zhǔn)電壓。 vcc：電源，單一+5v。 gnd：地。 adc0809的工作過(guò)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。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。start上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) a/d轉(zhuǎn)換，之后eoc輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到a/d轉(zhuǎn)換完成，eoc變?yōu)楦唠娖?，指示a/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)。當(dāng)oe輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器的a-b間電阻變小，則adc080

52、9的模擬輸入端in0的電壓變大。采用查詢方式對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)三位八段數(shù)碼管顯示。表1 adc0809通道地址addc addb adda 選通通道0 0 0in00 0 1in10 1 0in20 1 1in31 0 0in41 0 1in51 1 0in61 1 1in7adc0809芯片內(nèi)部沒(méi)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。ale端信號(hào)的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6。單片機(jī)的時(shí)鐘頻率是11.0952mhz，則ale端輸出信號(hào)的頻率為1.8492mhz，再二分頻后為0.9246hz，符合

53、adc0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。由于adc0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)瑣存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址選通端adda，addb，addc分別與單片機(jī)地址總線的低三位a0，a1，a2相連，用于選通in0-in7中的某一通道。由于ale和start連在一起，adc0809在鎖存通道地址的同時(shí)啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換。在讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，oe產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開三態(tài)輸出鎖存器。adc0809的eoc信號(hào)與單片機(jī)的p3.3相連，作為a/d轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號(hào)供單片機(jī)查詢。adc0809與at89s51單片機(jī)的接口電路如圖10所示11。單片機(jī)引腳p3.6與p2.7進(jìn)過(guò)或非門后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯

54、片的ale端和start端子用導(dǎo)線相連接，用于對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片寫入數(shù)據(jù)的寫信號(hào)。單片機(jī)的rd端p3.7與p2.7進(jìn)過(guò)或非門后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的oe端子用導(dǎo)線相連接，作為單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀信號(hào)。單片機(jī)引腳p3.3與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的eoc端經(jīng)過(guò)或非門后的輸出端用導(dǎo)線相連接，用于單片機(jī)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的查詢，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后可以查詢到p3.3為高電平，為單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。單片機(jī)的ale端口接到d觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端ck，d觸發(fā)器的反相輸出端與觸發(fā)信號(hào)輸入端用導(dǎo)線相連，d觸發(fā)器的清零和復(fù)位端為低電平有效，分別接高電平，d觸發(fā)器的正向輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的clk端子用導(dǎo)線相連接，為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提

55、供正常的時(shí)鐘信號(hào)。把模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的a2a1a0端分別用導(dǎo)線連接到地址鎖存器的低三位，用于選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的in0端子用導(dǎo)線與信號(hào)采樣部分的負(fù)載電阻端相連，作為要模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端。單片機(jī)引腳p0.0p0.7連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出端d0d1d2d3d4d5d6d7端，用于讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。地址地址鎖存芯片74ls373的輸入端低三位分別與單片機(jī)引腳p0.0p0.2連接，用于鎖存選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的地址。圖10 adc0809與單片機(jī)at89s51接口電路2.5 發(fā)光二極管顯示報(bào)警電路發(fā)光二極管集成驅(qū)動(dòng)芯片lm3914的管腳圖如圖11所示。其內(nèi)部的緩沖放大器最大限度的提高了該集成電路的輸入電阻（5腳），電壓輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器（增益為零）同時(shí)送到10個(gè)電壓比較器的異相（-）輸入端。10個(gè)電壓比較器的同相輸入（+）端分別接到10個(gè)等值電阻（1k）串聯(lián)回路的10個(gè)分壓端。因?yàn)榕c串聯(lián)回路相接的內(nèi)部參考電壓為1.2v，所以相鄰分壓端之間的電壓差為1.2v/10=0.12v。為了驅(qū)動(dòng)led1發(fā)光，集成電路lm3914的1腳輸出應(yīng)該為低電平，因此要求電壓比較器異相（-）端的輸入電壓應(yīng)大于0.12v。同理，要使led2發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于0.12*2=0.24v；要使led10發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于0.12*10=1.2v。lm3914的9腳為點(diǎn)，條方式