基于AT89S51單片機酒精濃度探測儀的設計與實現(xiàn)

1、 . . . 基于AT89S51單片機酒精濃度探測儀的設計與實現(xiàn)設計（論文）主要容：要求設計并實現(xiàn)一個基于AT89S51單片機的酒精濃度探測儀系統(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轉化為電信號，選擇適當?shù)姆糯笃鞣糯笃潆妷盒盘?，驅動發(fā)光二極管顯示酒精濃度的高度，同時利用模數(shù)轉換芯片將模擬信號進行轉化，并由單片機控制，最后用數(shù)碼管顯示。要求完成的主要任務：1、查閱不少于15篇的相關資料，其中英文文獻不少于2篇，完成開題報告。2、掌握C51系列單片機原理與編程技術，熟悉ADC0809的工作原理與特性；熟悉數(shù)碼管顯示技術。3、用protel繪制其原理圖，完成整體電路的安裝與

2、調試，并對實驗結果進行分析。4、完成不少于5000字的英文文獻翻譯。5、完成不少于12000字的畢業(yè)論文。必讀參考資料：1培仁基于匯編語言編程MCS-51單片機原理與應用M：清華大學，20032 吳桂秀傳感器應用制作入門M科學技術，2004本科學生畢業(yè)設計(論文)開題報告1、目的與意義（含國外的研究現(xiàn)狀分析）從18世紀產業(yè)革命以來，到20世紀信息技術的快速發(fā)展，傳感技術逐漸走向成熟，在現(xiàn)實生產生活中的應用也漸漸在普與。傳感器應用廣泛，在各個領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，微功耗無源化和智能化數(shù)字化發(fā)展，以便更好的服務于我們的生產和生活。氣體與人類的日常生活密

3、切相關，檢測氣體是保護和改善我們居住環(huán)境的必要工作，要檢測氣體就少不了用到氣體傳感器。本設計基于AT89S51單片機設計的酒精濃度探測儀，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。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。當然，最好的辦法是在車安裝這種測試儀，司機一進入車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。酒精濃度探測儀在生產中也有重要的應用，比如，在一些環(huán)境要求嚴格的生產車間，用這種酒精濃度探測儀，可隨時檢測車間的酒精氣體濃度，當酒精氣體濃度

4、高于允許限定值時要與時通風換氣，做到安全生產。當然，依照同樣的原理也可設計檢測其他氣體的探測儀，與我們的生活息息相關的是檢測有毒氣體。傳感頭是酒精濃度探測儀中感受酒精的重要部分。目前，所設計的該類傳感器多選用以二氧化錫為基本材料，添加不同物質制成的氣敏傳感器。本設計所選用的MQ-3氣敏傳感器的敏感部分是由二氧化錫的N型半導體微晶燒結層構成，靈敏度高，響應速度快，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，如選二氧化鈦作為氣體傳感材料。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，但是二氧化鈦薄膜具有良好的電學性能，優(yōu)異的光學性能，化學穩(wěn)定性高，機械強度高，且可用于多種

5、氣體的檢測。單片機在整個傳感器中起操作和相應數(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，可達萬分之一以上。隨著新材料發(fā)展和新加工技術的提高，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試帶來的效率低，誤差大和操作人員長時間工作等問題。2、基本容和技術方案敏感部分由二氧化錫的N型半導體微晶燒結層構成的MQ-3型氣敏傳感器，當其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導電電子比例就會發(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。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。MQ-3型氣敏傳感器靈敏度高，響應速度快。AT89S51

6、單片機是一般控制應用的8位單片機。芯片部有時鐘振蕩器，只讀存儲器為4K字節(jié)，外部可擴充至64K字節(jié)，128字節(jié)的隨機存儲器，外部可擴充至64K字節(jié)。32條雙向輸入輸出線，每條均可以單獨做I/O的控制。5個中斷向量源。2個獨立的16位定時器。1個全雙工串行通信端口。選用的開發(fā)平臺為MedWin單片機集成開發(fā)環(huán)境。發(fā)光二極管顯示選用集成驅動器LM3914。部有10個電壓比較器，可驅動10個發(fā)光二極管。相鄰分壓端之間的電壓差是0.12V?？蛇x擇點狀顯示也可選擇條狀顯示。ADC0809為8路8位的A/D轉換器，具有轉換起停控制端，轉換時間為100s，模擬輸入電壓值圍是0+5V，+5V電壓供電。三位數(shù)碼

7、管顯示具體數(shù)值。根據(jù)以上容選定技術方案。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)生相應的變化。變化的電壓值送LM3914放大比較，驅動相應的發(fā)光二極管發(fā)光，顯示酒精濃度的高低。單片機不斷采集經ADC0809模數(shù)轉換后的變化的電壓值，經數(shù)據(jù)處理交數(shù)碼管顯示。3、進度安排第1-3周：查閱相關文獻資料，明確研究容，了解研究所需理論知識和設計所需的元器件。確定方案，完成開題報告。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，并對軟件進行仿真調試。第11-13周：完成硬件電路的安裝，并進行硬件電路的調試。第14-15周：完成并提交論文，對論文進行修改定稿。第16

8、周：完成并修改畢業(yè)論文。第17周：準備論文答辯。4、指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日14 / 22目 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 設計背景11.2 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀11.3 設計酒精氣體傳感器的意義21.4 本文主要研究工作22 硬件電路設計與實現(xiàn)42.1 單片機開發(fā)流程42.2 硬件系統(tǒng)框圖42.3 信號采集電路52.4 信號轉換電路82.5 發(fā)光二極管顯示報警電路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224 電路調試與測試結果284.1 電路調試284.2 濃度與顯示

9、之間的關系295 結束語33參考文獻34附錄35致38摘 要本設計實現(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。本文用AT89S51單片機與MQ-3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，在設計允許值時發(fā)出報警。論文主要研究了（1）硬件方面，MQ-3氣體傳感器技術參數(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A/D轉換，得到數(shù)字電壓信號；用于顯示濃度的數(shù)碼管顯示模塊。（2）軟件方面，主要研究了電壓到濃度的線性轉換和最終濃度值的數(shù)碼管顯示。（3）對

10、設計的傳感器進行了標定。設計的傳感器對酒精氣體反應靈敏，能在有效圍測量它的濃度值。并且在檢測低濃度酒精時誤差較小，最大誤差為8.2%滿足設計要求。本文的特色在于標準的確定。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。對不同的區(qū)間濃度和電壓轉換關系做線性化處理，簡化了硬件電路的設計。設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。關鍵詞：氣體傳感器，模數(shù)轉換，單片機AbstractDifferent concentrations of alcohol solution are detected and showed in t

11、he 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 displayed by LED,and the system allow to ala

12、rm 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 drive light-emitting diode light to alarm; co

13、nversing 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 of the alcohol and the voltage and the digita

14、l 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 erro

15、r8.2%, 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 voltage and concentration in different range is t

16、reated 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: Gas sensor, A/D conversion,Single-chip Microcom

17、puter1 緒論1.1 設計背景 我國傳感器市場的增長率超過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，預計2007年為325億元人民幣，2008年為374億元人民幣。我國傳感器4大類中，工業(yè)和汽車電子產品占市場份額的33.5%。近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉型的發(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、網絡化，它將不僅促進系統(tǒng)產業(yè)的改造，而且可導致建立新型工業(yè)和軍事變革，是21世紀新的經濟增長點1。 由于氣體與人類的日常生活密切相關，對氣體的檢測已經是保護和改善生態(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

18、用。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測出來，并轉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，對生產生活中需要了解的氣體進行檢測，分析，研究等。近年來，我國氣敏傳感器產業(yè)有了較快的發(fā)展，但與國外相比，從技術水平，產業(yè)化與應用等領域均存在著不小的差距。目前，氣敏傳感器領域還存在一些問題。一是元件的穩(wěn)定性差。由于元件電阻和靈敏度隨時間而不斷變化，漂移大給檢測結果的可靠性帶來不穩(wěn)定的因素。二是選擇性差。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，產生誤報。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，將會改變元件的

19、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。靈敏度問題。四是SnO2元件有時由于靈敏度過大導致誤報，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、結構與制作工藝密切相關。用金屬氧化敏感材料制作的半導體式氣敏元件具有靈敏度高，結構簡單，體小質輕，堅固耐用等優(yōu)點而得到廣泛的應用，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與其氣敏元件制備的研究課題十分活躍。純SnO2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

20、他金屬氧化物。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。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，利用過濾設備或透氣膜來獲得選擇性，控制工作溫度與環(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。納米科學技術(NanoST)是研究尺寸在0.1100nm的物質組成體系的運動規(guī)律和相互作用以與可能的實際應用中的技術問題的科學技術。納米技術的發(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。當然，在己獲得明顯進展

21、的納米傳感領域存在很多問題，從敏感材料到制作技術都很不成熟，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廣泛的應用。吸油煙機等產品上常用MQ-3型半導體氣敏傳感器，它采用旁熱式結構，瓷管裝有高阻抗加熱絲，管外涂有梳狀金屬電極，金屬電極之外涂有SnO2材料，使SnO2燒結體位于兩電極之間6。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生吸附作用，其阻值將隨氣體濃度的變化變化。當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

22、煙機工作7。1.3 設計酒精濃度探測儀的意義本設計基于AT89S51單片機設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。酒后駕車發(fā)生事故的機率高達27%。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應錯誤率顯著增加，當血液中酒精含量由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。機動車駕駛人員“酒后駕車” 與“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安全。人飲酒后, 酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收, 經過血液循環(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。開車司機只要將嘴對

23、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。當然，最好的辦法是在車安裝這種測試儀，司機一進入車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。 酒精氣體濃度探測儀在生產生活中也有重要的應用，比如，在一些環(huán)境要求嚴格的生產車間，用這種酒精濃度探測儀，可隨時檢測車間的酒精氣體濃度，當酒精氣體濃度高于允許限定值時，發(fā)出警報，提醒人們與時通風換氣，做到安全生產。1.4 本文主要研究工作本文以AT89S51單片機為核心，設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。（1）硬件電路方面，

24、對氣體傳感器MQ-3按檢測電路，接上一定阻值的負載電阻，檢測它的技術參數(shù)，確定MQ-3所接負載電阻的大小，完成信號采樣電路的設計；采樣到的模擬電壓電信號通過A/D轉換，得到可供單片機處理的數(shù)字信號，再由單片機作相應的數(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。（2）軟件方面，標準的確定是該部分要做的主要工作。因為原始的采樣值是一個間接的負載分壓值，需要將它轉化為被測酒精濃度值。通過多個樣品的測量確定多個濃度區(qū)間的轉換標準，并將每個區(qū)間的轉換關系近似線性化處理，然后通過軟件編程的方法來實現(xiàn)。（3）為了盡量減少設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

25、問題。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。針對這3個主要問題提出以下解決方案和驗證方法。測量樣品時，將探頭盡量放入塑料瓶，可以在一定程度上消除流動空氣的影響，同時應選擇空氣流動較小的室環(huán)境來測量。水蒸氣對MQ-3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。用一樣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。再通過反復多次測量多組數(shù)據(jù)，求其平均值的方法來縮小測量誤差。2 硬件電路設計與實現(xiàn)2.1 單片機開發(fā)流程（1）可行性調研?？尚行哉{研的目的，是分析完成這個項目

26、的可能性。進行這方面的工作，可參考國外有關資料，看是否有人進行過類似的工作。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研，此時的重點應放在能否實現(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，然后結合實際情況，再決定能否立項的問題。（2）系統(tǒng)總體方案的設計。在進行可行性調研后，如果可以立項，下一步工作就是系統(tǒng)總體方案的設計。工作的重點應放在該項目的技術難度上，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，參考國外同類產品的性能，提出合理而可行的技術指標，編寫出設計任務書，

27、從而完成系統(tǒng)總體方案設計。（3）設計方案細化，確定軟硬件功能。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。由于硬件結構與軟件方案會相互影響，因此，從簡化電路結構、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；但也應考慮軟件代硬件的實質是以降低系統(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根據(jù)系統(tǒng)的要求與實際情況而合理安排，統(tǒng)一考慮。在確定軟硬件功能的基礎上，設計者的工作就開始涉與到具體的問題，如儀器的體積與與具體技術指標相對應的硬件實

28、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。（4）一個單片機應用系統(tǒng)經過調研、總體設計、硬件軟件設計、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用程序，系統(tǒng)即可運行。但一次性成功的幾乎是不是不可能的。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)性能和結果，從而進行模擬現(xiàn)場的真實調試。2.2 硬件系統(tǒng)框圖基于AT89S51單片機用MQ-3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

29、酒精濃度信號的采集，該信號是通過MQ-3氣體傳感器和負載電壓得到分壓電信號。信號轉換模塊用來把采集到得模擬電壓信號轉換位可以用單片機處理的數(shù)字信號。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。報警模塊是對設定值提供報警功能，該功能用發(fā)光二極管顯示。根據(jù)各功能模塊的設計，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單片機數(shù)碼管圖1 系統(tǒng)總框圖2.3 信號采集電路2.3.1 氣體傳感器的選擇根據(jù)被檢測氣體的不同，氣敏傳感器可分為以下三類:（1）可燃性氣體氣敏傳感器。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

30、油煙機、泄露報警器和空氣清新劑等方面，并已經形成生產規(guī)模，在油田、礦區(qū)、化工、企業(yè)與家庭等生產和生活領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。（2）CO和H2氣敏傳感器。CO氣敏元件可用于工業(yè)生產、環(huán)保、汽車、家庭等CO泄露和不完全燃燒檢測報警；H2氣敏元件除應用于工業(yè)等領域外，主要用于家庭管道煤氣泄露報警。由于我國管道煤氣中H2含量很高，而氫敏元件較氧化碳元件價格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報警更為適宜。（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，主要用于檢測煙氣、尾氣、廢氣等環(huán)境污染氣體，

31、雖然SnO2氣敏傳感器對CO，H2S等有毒有害氣體敏感，但應用最多的仍是電解式化學傳感器。 傳感器的分類方式有很多種，以上是根據(jù)被檢測氣體的性質進行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進行分類的。一個新型的氣體檢測系統(tǒng)應該包括：（1）基于一種或幾種傳感技術的氣體傳感器。（2）組合了氣體傳感器和采樣調理電路的探頭。（3）配有人機接口軟件的中心監(jiān)測和控制系統(tǒng)。（4）在一些應用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。本設計中的酒精氣體傳感器采用漢威電子的MQ-3型,它屬于MQ系列氣敏元件的一種。如圖2所示：圖2 MQ-3特點:檢測圍為10ppm2000ppm ；靈敏度高，輸出信號為伏特級；響應速度快，小于10秒；

32、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型半導體微晶燒結層構成。當其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導電電子比例就會發(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。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。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電路如圖4所示，當電源開關S斷開時，傳感器加熱電流為零，實測A，B之間電阻大于20M。S接通，則f，f之間電流由開始時155mA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。此時如果將酒

33、精溶液樣品靠近MQ-3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120K降至10K以下。移開小瓶過1分鐘左右后，A，B之間電阻恢復至大于120K。這種反應可以重復試驗，但要注意使空氣恢復到潔凈狀態(tài)。經實驗的反復檢測，MQ-3傳感器可以正常工作使用，對不同濃度的酒精溶液有不同的變化，響應時間和恢復時間都正常，可以開始作信號采樣模塊電路的設計。圖4 MQ-3檢測電路2.3.2 信號采樣電路信號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+5V直流穩(wěn)壓電源，用于電阻絲對敏感體電阻的加熱。MQ-3的兩個A引腳相連，作為敏感體電阻的一個電極。MQ-3的兩個B引腳也連接在一起，

34、作為敏感體電阻的另一個電極。將電極斷A接到電源正極，電極端B接兩個270并聯(lián)的電阻。MQ-3型氣敏傳感器與電位器串聯(lián)構成分壓電路，采樣點為電位器的分壓。MQ-3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物SnO2的N型半導體微晶燒結層構成。當其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導電電子比例就會發(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。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。當氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時，對應的電位器的分壓值也會發(fā)生相應的變化，即一個電壓值對應著一個被測酒精氣體濃度。對酒精氣體濃度的采樣就可以轉化為對電位器分壓的采樣。 在采樣硬件電路中實際要考慮到MQ-3的實際技術

35、參數(shù)，即加熱電阻和敏感體電阻的大小，該部分應與電源正極相連。負載電阻要根據(jù)MQ-3實際的技術參數(shù)而選擇阻值合適的電阻。應為實驗所用的MQ-3在預熱5到10分鐘后，它的敏感體電阻只有120K，所以負載電阻選用兩個270并聯(lián)，構成采樣部分的分壓電阻。圖5 采樣模塊2.4 信號轉換電路單片微機是單片微型計算機的譯名簡稱，在國也常稱為“單片微機”或“單片機”。它包括中央處理器CPU，隨機存儲器RAM，只讀存儲器ROM，中斷系統(tǒng)，定時器/計數(shù)器，串行口和I/O口等等?，F(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。AT89S51是美國ATME

36、L公司生產的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片含4K的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準8051指令系統(tǒng)與引腳。它集Flash程序存儲器，既可在線編程也可以用傳統(tǒng)方法進行編程與通用8位微處理器于單片芯片中，可靈活應用于各種控制領域。AT89S51提供以下標準功能：4KBFlash閃存存儲器，128B部RAM，32個I/O口線，看門狗，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片振蕩器與時鐘電路。根據(jù)實際需要，本次設計選用的是以8051為核心單元Atmel公司的低耗AT89S51單片機。

37、AT89S51芯片有40條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖6所示。下面說明各引腳功能。 圖6 AT89S51芯片管腳VCC：運行和程序校驗時接電源正端。GND：接地。XTAL1：輸入到單片機部振蕩器的反相放大器。XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到部時鐘發(fā)生器。P0口：8位漏極開路的。使用片外存儲器時，作低八位地址和數(shù)據(jù)分時復用，能驅動8個LSTTL上拉電阻。P1口：8位、準雙向I/O口。P2口：8位、準雙向I/O口。當使用片外存儲器（ROM與RAM）時，輸出高8位地址?？梢则寗?個LSTTL負載。P3口：8位、準雙向I/O口，具有部上拉電路，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定時器/計數(shù)器0的外部輸入，P3.5T1定時器/計數(shù)器1的外部輸入，P3.6低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通，P3.7低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。RST：復位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工作時，在RST上作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復位。/VCC：片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。高電平時選擇片程序存儲器，低電平時程序存儲器全部在片外而不管片是否有程序存儲器。ALE/PROG：地址鎖存允