分類號(hào) 單位代碼 11395 密 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0705230126 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題 目酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 作 者龍佩 院 系 能源工程學(xué)院 專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師荊紅莉 答辯日期年 月 日 榆 林 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 誠(chéng)信責(zé)任書 本人鄭重聲明 所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 本人鄭重聲明 所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo) 下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 中凡引用他人已經(jīng)發(fā)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 中凡引用他人已經(jīng)發(fā) 表或未發(fā)表的成果 數(shù)據(jù) 觀點(diǎn)等 均已明確注明出處 盡我所知 除表或未發(fā)表的成果 數(shù)據(jù) 觀點(diǎn)等 均已明確注明出處 盡我所知 除 文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公 開(kāi)發(fā)表或開(kāi)發(fā)表或撰撰寫寫過(guò)過(guò)的的研研究究成成果果 對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和 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 集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 與資料若有不實(shí) 愿意承擔(dān)一切相關(guān)的法律本人畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 與資料若有不實(shí) 愿意承擔(dān)一切相關(guān)的法律 責(zé)任 責(zé)任 論論文文作作者者簽簽名名 年年 月月 日日 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 I 摘 要 隨著現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展 越來(lái)越多的人有了自己的私家車 而酒后駕車造成的交通事 故也頻繁發(fā)生 為此 設(shè)計(jì)一種智能儀器能夠檢測(cè)駕駛員體內(nèi)酒精含量是很有必要的 本 設(shè)計(jì)研究的是一種以氣敏傳感器和AT89S51單片機(jī)為主 檢測(cè)空氣酒精濃度 并具有聲 光報(bào)警功能的酒精濃度測(cè)試儀 它也可以應(yīng)用在生活的各個(gè)方面 為人民更安全 更有保 障的生活提供條件 本課題分為兩部分 硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分 硬件部分為利用 MQ3 氣敏傳感器 測(cè)量空氣中酒精濃度 并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)經(jīng) A D 轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)系統(tǒng) 由單片機(jī)及其外 圍電路進(jìn)行信號(hào)的處理 顯示濃度值以及超閾值聲光報(bào)警 軟件部分用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程 程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想 各個(gè)子程序的功能相對(duì)獨(dú)立 便于調(diào)試和修改 而硬件電路又 大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路 A D 轉(zhuǎn)換電路 聲光報(bào)警電路 LED 顯示電路 各部分電路 的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹 程序的設(shè)計(jì)使用 C 語(yǔ)言編程 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 酒精濃度測(cè)試儀 AT89S51 MQ3 氣敏傳感器 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) II ABSTRACT With the sustained and rapid development of social economy and the growing service sector queuing has become the practical problems faced by people The traditional queuing model has been unable to resolve this contradiction Triage calling system is to improve the services industry efficiency of the window it has become a useful tool to settle the problem of queuing The triage calling system can basically simulate the artificial line in full so it can automatically realize the machine to replace the artificial line This paper takes the United States Atmel Corporation AT89S52 microcontroller as the master chip combined with the external liquid crystal display and speech calling and other hardware circuits is to form a Triage calling system It has a LCD display button calls and speech calling and other functions At the same time it is high reliability perfect function convenient operation and expandability etc so it has strong applicability and promotional value The system is widely used in hospitals banks and other service industries Key words Triage calling system AT89S52 LCD 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1 1 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì)的介紹 1 1 2 本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) 1 1 3 本文的設(shè)計(jì)方案 采用以單片機(jī)為核心的控制方案 1 2 主要元器件介紹 2 2 1 89S51 單片機(jī)系統(tǒng) 2 2 1 1 單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu) 2 2 1 2 AT89S51 芯片介紹 16 2 2 傳感器的選擇 16 2 3 A D 轉(zhuǎn)換電路 5 2 3 1 ADC0809 的引腳及功能 7 2 3 2 ADC0809 的結(jié)構(gòu)及原理 8 2 4 LED 顯示電路 10 2 4 1 LED 顯示電路的結(jié)構(gòu) 10 2 4 2 LED 顯示器的工作原理 11 3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 12 3 1 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)流程 12 3 2 硬件系統(tǒng)框圖 13 3 3 信號(hào)采集電路 13 3 4 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 13 3 5 發(fā)光二級(jí)管顯示報(bào)警電路 14 3 6 數(shù)碼管顯示電路 15 3 7 系統(tǒng)整體電路圖 15 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 4 1 初始化程序 16 4 2 A D 轉(zhuǎn)換子程序 16 4 3 顯示子程序 16 16 18 5 結(jié)論 22 參考文獻(xiàn) 23 致 謝 24 附 錄 A 25 附 錄 B 26 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 4 1 緒論 1 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì)的介紹 酒精濃度測(cè)試儀是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主 測(cè)試空氣中酒精濃度 并具有聲光報(bào)警功能 的儀器 其可測(cè)試出空氣環(huán)境中酒精濃度值 并根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值 對(duì)超過(guò)的閾值進(jìn)行 聲光報(bào)警來(lái)提示危害 此外 酒精濃度測(cè)試儀還能檢測(cè)某一特定環(huán)境的酒精濃度 如酒精生產(chǎn)車間 可避免發(fā)生起火 爆炸及工業(yè)場(chǎng)地酒精中毒等惡性事故 確保環(huán)境安全 1 2 本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) 本課題主要通過(guò)主控芯片為單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)一種酒精測(cè)試儀 主要包括硬件電路設(shè)計(jì) 和軟件程序的編寫兩部分 我們可以利用酒精濃度測(cè)試儀來(lái)測(cè)試人體內(nèi)酒精含量的多少 以控制酒后駕車的行為 除此外它也可以應(yīng)用在一些環(huán)境要求嚴(yán)格的生產(chǎn)車間 用這種 酒精濃度測(cè)試儀 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 來(lái)防止不必要的隱患 所以從工廠企業(yè)到居民家庭 酒精泄漏的檢 測(cè) 監(jiān)控以及對(duì)酒后駕車的監(jiān)測(cè)對(duì)居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全都是十分重要且必不可少的 1 3 本文的設(shè)計(jì)方案 采用以單片機(jī)為核心的控制方案 選用單片機(jī) AT89S51 作為核心元件 硬件電路部分主要利用 MQ 3 型氣敏傳感器測(cè)量 空氣中的酒精濃度 并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)經(jīng) A D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)系統(tǒng) 再通過(guò)單 片機(jī)和外圍電路進(jìn)行信號(hào)的處理 顯示酒精濃度值 超過(guò)允許范圍就會(huì)聲光報(bào)警 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 2 主要元器件介紹 2 1 89S51 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)是一種集成電路芯片 采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力 如算術(shù)運(yùn)算 邏輯運(yùn)算 數(shù) 據(jù)傳送 中斷處理 的微處理器 CPU 隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 只讀程序存儲(chǔ)器 ROM 輸入輸出 電路 I O 口 可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器 串行通信口 SCI 顯示驅(qū)動(dòng)電路 LCD 或 LED 驅(qū)動(dòng)電路 脈 寬調(diào)制電路 PWM 模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上 構(gòu)成一個(gè)雖小然而完 善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確 迅速 高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù) 2 1 12 1 1 單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu) 51 單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖 2 2 所示 它把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸 有限的集成電路芯片上 按功能劃分 它有如下功能部件組成 微處理器 CPU 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 程序存儲(chǔ)器 ROM EPROM 4 個(gè) 8 位并行 I O 口 P0 口 P1 口 P2 口 P3 口 一個(gè)串行口 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 6 PSEN 88 E O C X T A L 1 CPU 運(yùn)算器 控制器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM P0P2程序存儲(chǔ)器 ROM EPROM P1 串 行 口 定時(shí) 器 計(jì) 數(shù)器 中斷 系 統(tǒng) 特殊功能 寄存器 SFR P3 ALEEA IN7 I 0 X T A L 2 8 8 RESET 圖 2 2 51 單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu) 中斷系統(tǒng) 特殊功能寄存器 SER 上述功能部件都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成 其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 模式 但 CPU 對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式 下面對(duì)框圖 2 1 中各功 能部件作一簡(jiǎn)單介紹 1 中央處理器 CPU CPU 是單片機(jī)的核心部件 它通常由運(yùn)算器 控制器和中斷電路等器件組成 CPU 進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和 邏輯操作的字長(zhǎng)有 4 位 8 位 16 位和 32 位之分 字長(zhǎng)越長(zhǎng)運(yùn)算速度越快 數(shù)據(jù)處理能力也越強(qiáng) 2 存儲(chǔ)器 在單片機(jī)內(nèi)部 ROM 和 RAM 存儲(chǔ)器是分開(kāi)制造的 通常 ROM 存儲(chǔ)器容量較大 RAM 存儲(chǔ)器的容量 較小 這是單片機(jī)用于控制的一大特點(diǎn) 1 ROM 存儲(chǔ)器 ROM 存儲(chǔ)器一般為 1 64K 字節(jié) 用于存放應(yīng)用程序 故又稱為程序存儲(chǔ)器 2 RAM 存儲(chǔ)器 通常 單片機(jī)片內(nèi) RAM 存儲(chǔ)器容量為 64 256 字節(jié) 最多可達(dá) 48K 字節(jié) RAM 存儲(chǔ)器主要用來(lái)存放 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或作為通用寄存器 數(shù)據(jù)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器之用 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 3 中斷系統(tǒng) 具有 5 個(gè)中斷源 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán) 4 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 具有 4 種工作方式 在應(yīng)用中 往往需要精確的定時(shí) 或?qū)ν?部事件進(jìn)行計(jì)數(shù) 因而需在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器 計(jì)數(shù)器部件 5 I O 接口和特殊功能部件 I O 接口電路有串行和并行兩種 串行 I O 用于串行通信 它可以把單片機(jī)內(nèi)部的并行 8 位數(shù)據(jù) 8 位機(jī) 變成串行數(shù)據(jù)向外傳送 也可以串行接收外部送來(lái)的數(shù)據(jù)并把它們變成并行數(shù)據(jù)送給 CPU 處 理 并行 I O 口電路可以使單片機(jī)和存儲(chǔ)器或外設(shè)之間并行地傳送 8 位數(shù)據(jù) 8 位機(jī) 通常 特殊功 能部件包括 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 A D D A DMA 通道和系統(tǒng)時(shí)鐘等電路 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器用于產(chǎn)生 定時(shí)脈沖 以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的定時(shí)控制 A D 和 D A 轉(zhuǎn)換器用于模擬量和數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換 以完 成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和控制 DMA 通道可以使單片機(jī)和外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳送 總之 某一單片 機(jī)內(nèi)部究竟包括哪些特殊功能部件以及特殊功能部件的數(shù)量是和它的型號(hào)有關(guān)的 單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心 對(duì)系統(tǒng)起監(jiān)督 管理 控制作用 并進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理 產(chǎn)生測(cè)試 信號(hào)及控制整個(gè)檢測(cè)過(guò)程 所以在選擇單片機(jī)時(shí) 參考了以下標(biāo)準(zhǔn) 1 運(yùn)行速度 單片機(jī)運(yùn)行速度一般和系統(tǒng)匹配即可 2 存儲(chǔ)空間 單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器容量 外部可以擴(kuò)展的存儲(chǔ)器 包括 I 0 Fl 空間 3 單片機(jī)內(nèi)部資源 單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)資源越多 系統(tǒng)外接的部件就越少 這可提高系統(tǒng)的許多 技術(shù)指標(biāo) 4 可用性 指單片機(jī)是否能很容易地開(kāi)發(fā)和利用 具體包括是否有合適的開(kāi)發(fā)工具 是否適合 于大批量生產(chǎn) 性能價(jià)格比 是否有充足的資源 是否有現(xiàn)成的技術(shù)資源等 5 特殊功能 一般指可靠性 功耗 掉電保護(hù) 故障監(jiān)視等 從硬件角度來(lái)看 與 MCS 51 指令完全兼容的新一代 AT89CXX 系列機(jī) 比在片外加 EPROM 才能相當(dāng) 的 8031 單片機(jī)抗干擾性能強(qiáng) 與 87C51 單片機(jī)技能相當(dāng) 但功耗小 程序修改直接用 5V 或 12V 電源 擦除 更顯方便 而且其工作電壓放寬至 2 7V 6V 因而受電壓波動(dòng)的影響更小 而且 4K 的程序存儲(chǔ) 器完全能滿足單片機(jī)系統(tǒng)的軟件要求 故 AT89C51 單片機(jī)是構(gòu)造本檢測(cè)系統(tǒng)的更理想的選擇 2 1 22 1 2 89C5189C51 芯片介紹芯片介紹 掌握 MCS 51 單片機(jī) 應(yīng)首先了解 MCS 51 的引腳 熟悉并牢記各引腳的功能 MCS 51 系列中各種 型號(hào)芯片的引腳是互相兼容的 制作工藝為 HMOS 的 MCS 51 的單片機(jī)都采用 40 只引腳的雙列直插封裝 方式 如圖 2 3 所示 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 8 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 RST TXD P3 1 INT0 P3 2 INT1 P3 3 T0 P3 4 T1 P3 5 WR P3 6 RD P3 7 XTAL1 XTAL2 GND Vcc P0 0 AD0 P0 1 AD1 P0 2 AD2 P0 3 AD3 P0 4 AD4 P0 5 AD5 P0 6 AD6 P0 7 AD7 EA VPP PSEN P2 7 A15 P2 6 A14 P2 5 A13 P2 4 A12 P2 3 A11 P2 2 A10 P2 1 A9 P2 0 A8 PDIP RXD P3 0 ALE PROG 圖 2 3 AT89C51 芯片管腳圖 40 只引腳按其功能來(lái)分 可分為如下 3 類 電源及時(shí)鐘引腳 Vcc Vss XTAL1 XTAL2 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源 Vcc 接 5V 電源 Vss 接地 時(shí)鐘引腳 XTAL1 XTAL2 外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了 1 個(gè)晶體振蕩器 它為單片機(jī)提供了 時(shí)鐘控制信號(hào) 2 個(gè)時(shí)鐘引腳也可外接獨(dú)立的晶體振蕩器 XTAL1 接外部的一個(gè)引腳 該引腳內(nèi)部是一 個(gè)反相放大器的輸入端 這個(gè)反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器 如果采用外接晶體振蕩器時(shí) 此引腳接 地 XTAL2 接外部晶體的另一端 在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端 若采用外部時(shí)鐘振蕩 器時(shí) 該引腳接受時(shí)鐘振蕩器的信號(hào) 即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端 控制引腳 ALE RESET RST 此類引腳提供控制信號(hào) 有的還具有復(fù)用功能 PSENEA RST VPD引腳 RESET RST 是復(fù)位信號(hào)輸入端 高電平有效 當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí) 在此引腳加 上持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期 24 個(gè)振蕩周期 的高電平時(shí) 就可以完成復(fù)位操作 在單片機(jī)工作時(shí) 此引腳應(yīng)為 0 5V 低電平 VPD為本引腳的第二功能 即備用電源的輸入 當(dāng)主電源發(fā)生故障 降低 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 9 到某一規(guī)定值的低電平時(shí) 將 5V 電源自動(dòng)接入 RST 端 為內(nèi)部 RAM 提供備用電源 以保證片內(nèi) RAM 的信息不丟失 從而使單片機(jī)在復(fù)位后能正常進(jìn)行 ALE 引腳 ALE 引腳輸出為地址鎖存允許信號(hào) 當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后 ALE 引腳不斷PROG 輸出正脈沖信號(hào) 當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí) ALE 輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低 8 位地址 經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號(hào) 即使不訪問(wèn)外部鎖存器 ALE 端仍有正脈沖信號(hào)輸出 此頻率為 時(shí)鐘振蕩器頻率的 1 6 為該引腳的第二功能 在對(duì)片內(nèi) EPROM 型單片機(jī)編程寫入時(shí) 此引腳PROG 作為編程脈沖輸入端 引腳 程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端 在單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí) 此引腳輸出脈沖PSEN 負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào) 此引腳接外部程序存儲(chǔ)器的 OE 輸出允許端 VPP引腳 功能為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器選擇控制端 當(dāng)引腳為高電平時(shí) 單片機(jī)訪問(wèn)片EAEAEA 內(nèi)程序存儲(chǔ)器 但在 PC 值超過(guò) 0FFFH 時(shí) 即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的 4KB 地址范圍時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外 部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序 當(dāng)引腳為低時(shí) 單片機(jī)只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器 不論是否有內(nèi)部程序存EA 儲(chǔ)器 I O 口引腳 P0 P1 P2 P3 為四個(gè) 8 位 I O 口的外部引腳 P0 口 P1 口 P2 口 P3 口是 3 個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向的 I O 口 各口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻 當(dāng)這 3 個(gè)準(zhǔn)雙向 I O 口作輸入口使用 時(shí) 要向該口先寫 1 另外準(zhǔn)雙向口 I O 口無(wú)高阻的 浮空 狀態(tài) 由于單片機(jī)具有體積小 質(zhì)量輕 價(jià)格便宜 耗電少等突出特點(diǎn) 所以本系統(tǒng)采用 89C51 單片機(jī) 硬件設(shè)計(jì)電路圖如圖 1 所示 89C51 內(nèi)部有 4KB 的 EPROM 128 字節(jié)的 RAM 所以一般都要根據(jù)所需存 儲(chǔ)容量的大小來(lái)擴(kuò)展 ROM 和 RAM 本電路接高電平 沒(méi)有擴(kuò)展片外 ROM 和 RAM EA 2 2 傳感器的選擇 由于本系統(tǒng)直接測(cè)量的是呼氣中的酒精濃度 再轉(zhuǎn)換為血液中的酒精含量濃度 故采用氣敏傳感 器 考慮到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性 所以傳感器只能對(duì)酒精氣體敏感 對(duì)其他氣體不敏感 故選用 MQ3 型氣敏傳感器 其有很高的靈敏度 良好的選擇性 長(zhǎng)期的使用壽命 和可靠的穩(wěn)定性 MQ3 型氣敏傳感器由微型 Al2O3 陶瓷管和 SnO2 敏感層 測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的 敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內(nèi) 加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件 傳感器的 標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成 其一為加熱回路 其二為信號(hào)輸出回路 它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻值 的變化 傳感器的表面電阻 RS 的變化 是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上的有效電壓信號(hào) VRL 輸出面 獲得的 二者之間的關(guān)系表述為 RS RL VC VRL VRL 其中 VC 為回路電壓為 10V 負(fù)載電阻 RL 可調(diào)為 0 5 200K 加熱電壓 Uh 為 5v 上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為 0 5V MQ3 型氣敏傳感器 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 10 的結(jié)構(gòu)和外形 標(biāo)準(zhǔn)回路 傳感器阻值變化率與酒精濃度 外界溫度的關(guān)系圖如圖 2 4 所示 為了使 測(cè)量的精度達(dá)到最高 誤差最小 需要找到合適的溫度 一般在測(cè)量前需將傳感器預(yù)熱 5 分鐘 圖 2 4 傳感器電路 結(jié)構(gòu)及關(guān)系圖 2 32 3 A DA D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)變化量 如溫度 壓力 流量 速度等非電物理量 須 經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號(hào) 電壓或電流 這些模擬電信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在 單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理 實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為 A D 轉(zhuǎn)換器 ADC A D 轉(zhuǎn)換器大致分有三類 一是雙積分 A D 轉(zhuǎn)換器 優(yōu)點(diǎn)是精度高 抗干擾性好 價(jià)格便宜 但 速度慢 二是逐次逼近式 A D 轉(zhuǎn)換器 精度 速度 價(jià)格適中 三是并行 A D 轉(zhuǎn)換器 速度快 價(jià)格 也昂貴 該設(shè)計(jì)中選用的是 ADC0809 屬第二類 是 8 位 A D 轉(zhuǎn)換器 每采集一次需 100 s 0809 具有 8 路 模擬信號(hào)輸入端口 地址線 23 25 腳 可決定那一路模擬信號(hào)進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換 22 腳為地址鎖存控制 當(dāng)輸入為高電平時(shí) 對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存 6 腳為測(cè)試控制 當(dāng)輸入一個(gè) 2 s 的高電平脈沖時(shí) 就開(kāi) 始 A D 轉(zhuǎn)換 7 引腳為 A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志 當(dāng) A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí) 7 腳輸出高電平 9 腳為 A D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 輸出允許端 當(dāng) OE 腳為高電平時(shí) A D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 10 腳為 0809 的時(shí)鐘輸入端 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 2 3 12 3 1 ADC0809ADC0809 的引腳及功能的引腳及功能 根據(jù) A D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理可將 A D 轉(zhuǎn)換器分為兩大類 一類是直接型 A D 轉(zhuǎn)換器 另一類是間 接型 A D 轉(zhuǎn)換器 該設(shè)計(jì)中的 ADC0809 屬于直接 A D 轉(zhuǎn)換器中的逐次比較型 A D 轉(zhuǎn)換器 逐次比較型 A D 轉(zhuǎn)換器在精度 速度 和價(jià)格上都適中 是最常用的 A D 轉(zhuǎn)換器件 芯片采用的是 ADC0809 以下 介紹 ADC0809 的引腳及功能 芯片如圖 2 4 所示 圖 2 4 ADC0809 的引腳 ADC0809 是一種逐次比較式 8 路模擬輸入 8 位數(shù)字量輸出的 A D 轉(zhuǎn)換器 由圖可見(jiàn) ADC0809 共 有 28 個(gè)引腳 采用雙列直插式封裝 主要引腳功能如下 IN0 IN7 是 8 路模擬信號(hào)輸入端 D0 D7 是 8 位數(shù)字量輸入端 A B C 與 ALE 控制 8 路模擬通道的切換 A B C 分別與 3 根地址線或數(shù)據(jù)線相連 3 位編 碼對(duì)應(yīng) 8 個(gè)通道地址端口 C A B 000 111 分別對(duì)應(yīng) IN0 IN7 通道的地址 需要注意的是 ADC0809 雖然有 8 路模擬通道可以同時(shí)輸入 8 路模擬信號(hào) 但每個(gè)瞬間只能換 1 路 各路之間的切換由軟件改變 C A B 引腳上的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn) OE START CLK 為控制信號(hào)端 OE 為輸出允許端 START 為啟動(dòng)信號(hào)輸入端 CLK 為時(shí)鐘信號(hào) 輸入端 VR 和 VR 為參考電壓輸入端 2 3 22 3 2 ADC0809ADC0809 的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 5 ADC0809 采用逐次比較的方法完成 A D 轉(zhuǎn)換的 由單一的 5V 電源 供電 片內(nèi)有鎖存功能的 8 路選 1 的模擬開(kāi)關(guān) 由 C B A 引腳的功能來(lái)決定所選的通道 0809 完成 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 12 一次轉(zhuǎn)換需 100 s 左右 輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器 可直接連接到 MCS 51 的數(shù)據(jù)總線上 通過(guò)適當(dāng)?shù)耐饨与娐?0809 可對(duì) 0 5V 的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 2 42 4 LEDLED 顯示電路顯示電路 89C51 的 P3 0 P3 3 端口作為四位 LED 數(shù)碼管顯示控制 P3 5 端口用作單路顯示 循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按 鈕 P3 6 端口用作單路顯示時(shí)選擇通道 P0 端口作 0809 的 A D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用 P2 端口用作 0809 的 A D 轉(zhuǎn)換控制 START CLK OEVR VR VCC GND EOC D0 D7 三態(tài)輸 出鎖存 器 8 位 A D 轉(zhuǎn)換 器 地址鎖 存與密 碼 C B A ALE 8 路模 擬量開(kāi) 關(guān) IN7 IN0 圖 2 5 ADC0809 的結(jié)構(gòu)框圖 2 4 12 4 1 LEDLED 顯示器的結(jié)構(gòu)顯示器的結(jié)構(gòu) LED 顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的 常用的 LED 顯示器為 8 段 或 7 段 8 段比 7 段多了 1 個(gè)小數(shù) 點(diǎn) dp 段 每一個(gè)段對(duì)應(yīng) 1 個(gè)發(fā)光二極管 為了使 LED 顯示器顯示不同的符號(hào)或數(shù)字 就要把不同 段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮 這樣就要為 LED 顯示器提供代碼 因?yàn)檫@些代碼可使 LED 相應(yīng)的段發(fā)光 從而 顯示不同字型 因此該代碼稱之為段碼 或稱之為字型碼 7 段發(fā)光二極管 再加上 1 個(gè)小數(shù)點(diǎn)位 共計(jì) 8 段 因此提供給 LED 顯示器的段碼正好是 1B 表 2 1 各段與字節(jié)中各位對(duì)應(yīng)個(gè)關(guān)系 代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 顯示段dpgfedcba 由 N 個(gè) LED 顯示塊可拼成 N 位的 LED 顯示器 圖 2 6 是 4 位的 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)原理圖 位選線 dp g b adp g b adp g b adp g b a 段碼線 圖 2 6 4 位 LED 顯示器的構(gòu)成 N 個(gè) LED 顯示塊由 N 位位選線和 8 N 根段碼線 段碼線控制顯示字符的字型 而位選線為各個(gè) LED 顯示塊中各段的公共端 它控制該 LED 顯示位的亮或暗 2 4 22 4 2 LEDLED 顯示器的工作原理顯示器的工作原理 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示 2 種顯示方式 靜態(tài)顯示電路中 各位可獨(dú)立顯示 只要在該 位的段碼線上保持段碼電平 該位就能保持相應(yīng)的顯示字符 由于各位分別由 1 個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出口 控制段碼線 故在同一時(shí)間里 每一位顯示的字符可以不相同 這種顯示方式雖然接口編程容易 但 付出的代價(jià)是占用口線較多 若用 I O 口線接口 則要占用 4 個(gè) 8 位 I O 口 若用鎖存器接口 則要 用 4 片 74L373 芯片 如果顯示的位數(shù)增多 則需要增加鎖存器 因此在顯示位較多的情況下 一般都 采用動(dòng)態(tài)顯示方式 該設(shè)計(jì)中采用的就是 LED 動(dòng)態(tài)顯示方式 原理如下 在多位 LED 顯示時(shí) 為簡(jiǎn)化硬件電路 通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起 由 1 個(gè) 8 位 I O 口控制 形成段碼線的多路復(fù)用 而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的 I O 線控制 形成各位的 分時(shí)選通 由于各位的段碼線并聯(lián) 8 位 I O 口輸出的段碼對(duì)各個(gè)顯示位來(lái)說(shuō)是相同的 因此 在同 一時(shí)刻 如果各位位選線都處于選通狀態(tài)的話 4 位 LED 將顯示相同的字符 若要各位 LED 能夠同時(shí) 顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符 就必須采用動(dòng)態(tài)顯示方式 即在某一時(shí)刻 只讓某一位的位選線處于 選通狀態(tài) 而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài) 同時(shí) 段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符的段碼 這 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 14 樣 在同一時(shí)刻 4 位 LED 中只有選通的那一位顯示出字符 而其他 3 位則是熄滅的 同樣 在下一時(shí) 刻 只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài) 而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài) 在段碼線上輸出將要顯 示字符的段碼 則同一時(shí)刻 只有選通位顯示出相應(yīng)的字符 而其他各位則是熄滅的 如此循環(huán)下去 就可以使各位顯示出將要顯示的字符 雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的 而在同一時(shí)刻 只有一位 顯示 其他各位熄滅 但由于 LED 顯示器的余輝和人眼的視覺(jué)暫留作用 只要每位顯示間隔足夠短 則可以造成多為同時(shí)亮的假象 達(dá)到同時(shí)顯示的效果 4 位 8 段 LED 動(dòng)態(tài)顯示電路如圖 2 7 所示 8888a dpa dp 段碼線 8 位 I O 位選線 4 位 I O a dp 圖 2 7 4 位 8 段 LED 動(dòng)態(tài)顯示電 該設(shè)計(jì)中采用了 4 位 LED 顯示 如圖 2 1 數(shù)字電壓表硬件設(shè)計(jì)電路圖所示 第一個(gè)顯示通道位 第二個(gè)顯示所測(cè)電壓的個(gè)位數(shù)值 第二和第三個(gè)顯示小數(shù)位數(shù)值 精確度為 0 01V 3 硬件系統(tǒng)的組成 2 1 單片機(jī)開(kāi)發(fā)流程單片機(jī)開(kāi)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) 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) 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 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(kāi)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(kāi)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)調(diào)試 2 2 硬件系統(tǒng)框圖硬件系統(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 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 16 2 3 信號(hào)采集信號(hào)采集電路電路 2 3 1 氣體傳感器的選擇氣體傳感器的選擇 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 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 系列氣敏元件的一 種 如圖 2 所示 圖 2 MQ 3 特點(diǎn) 檢測(cè)范圍為 10ppm 2000ppm 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 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 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(kāi)關(guān) S 斷開(kāi)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(kāi)始時(shí) 155mA 降至 153mA 而穩(wěn)定 加熱開(kāi)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(kāi) 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(kāi)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 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 18 2 3 2 信號(hào)采樣電路信號(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 5V 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 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 2 4 信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換電路電路 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 現(xiàn)在 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)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 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 20 P0 口 8 位漏極開(kāi)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) 輸出高 8 位地址 可以驅(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 0 RXD 串行口輸入口 P3 1 TXD 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 4 INT0INT1 T0 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入 P3 5 T1 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入 P3 6 低電平有效 WR 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 RD 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 EA 存儲(chǔ)器全部在片外而不管片內(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 0 5 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 10 F 的電容 C3 與 270 的電阻并聯(lián)后再與一個(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 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 21 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(kāi)關(guān) 地址鎖存與譯碼器 比較器 8 位開(kāi)關(guān)樹(shù)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 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 下面說(shuō)明各引腳功能 酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 22 圖 9 ADC0809 芯片 IN0 IN7 8 路模擬量輸入端 2 1 2 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(kāi)輸出三態(tài)門 輸出數(shù)字量 CLK 時(shí)鐘脈沖輸入端 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(kāi) 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 ADC0809 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 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 23 ADDC ADDB ADDA 選通通道 0 0 0IN0 0 0 1IN1 0 1 0IN2 0 1 1IN3 1 0 0IN4 1 0 1IN5 1 1 0IN6 1 1 1IN7 ADC0809 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 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(kāi)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