酒精浓度探测仪毕业设计论文

1、摘 要 TC Introduction l 1 本设计实现了对不同浓度酒精的检测和显示，通过适当改进可以用于检测酒后驾车。设计用AT89S51单片机与MQ-3型气体传感器实现了对酒精浓度的测量，并对测量数据进行显示，同时利用LCD简单显示浓度的高低，在超过允许值时发出报警，并且可以根据具体情况通过按键改变报警阀值。硬件方面主要研究了MQ-3气体传感器技术参数的检测和将它接入到酒精浓度检测模块中；将模拟电压信号通过LCD显示，并且驱动发光二极管点亮与蜂鸣器报警；软件方面主要研究了电压到浓度的线性转换和最终浓度值的LCD显示。设计的传感器对酒精气体反应灵敏，能在有效范围内测量它的浓度值。并且在检测

2、低浓度酒精时误差较小。本设计的传感器可以检测不同浓度的酒精气体，改进之后对解决酒后驾车事故和特殊场合酒精检测都可以使用。关键词：气体传感器，模数转换，单片机Abstract TC Introduction l 1 The design and implementation of the different concentrations of alcohol detection and display, through appropriate improvements can be used to detect drunk driving.Designed AT89S51 microcontro

3、ller and MQ-3-type gas sensors to achieve a measure of alcohol concentration, and measurement data show that while using a simple LCD display concentration level of alarm when exceeding the allowable value, and can be based on the specific circumstances through the keychange the alarm threshold.The

4、main hardware detection MQ-3 gas sensor technology parameters and its access to the alcohol concentration detection module; analog voltage signal through the LCD display, and the drive LED lights and buzzer alarm; major research softwarevoltage conversion, and the concentration of the final concentr

5、ation of linear LCD display.Alcohol gas sensor design for responsive, able to measure its concentration within the valid range.And a low concentration of alcohol in the detection error is small.The design of the sensor can detect different concentrations of ethanol gas, after improvements to solve d

6、runk driving accidents and special occasions can be used to detect alcohol.Key Words: Gas sensor, A/D conversion, Single-chip Microcomputer TOC o 1-3 h z u 目 录 HYPERLINK l _Toc388912245 第1章 绪论 PAGEREF _Toc388912245 h 1 HYPERLINK l _Toc388912246 1.1 设计背景 PAGEREF _Toc388912246 h 1 HYPERLINK l _Toc3889

7、12247 1.2 气敏传感器的研究现状 PAGEREF _Toc388912247 h 2 HYPERLINK l _Toc388912248 1.3 设计酒精浓度探测仪的意义 PAGEREF _Toc388912248 h 3 HYPERLINK l _Toc388912249 1.4 本文主要研究工作 PAGEREF _Toc388912249 h 3 HYPERLINK l _Toc388912250 第2章 方案选择与分析 PAGEREF _Toc388912250 h 4 HYPERLINK l _Toc388912251 2.1方案选择 PAGEREF _Toc388912251

8、 h 5 HYPERLINK l _Toc388912252 2.1.1控制器选择分析 PAGEREF _Toc388912252 h 5 HYPERLINK l _Toc388912253 2.1.2显示模块的选择分析 PAGEREF _Toc388912253 h 6 HYPERLINK l _Toc388912254 2.1.3传感器模块的选择分析 PAGEREF _Toc388912254 h 7 HYPERLINK l _Toc388912255 2.2 可行性分析8 HYPERLINK l _Toc388912256 第3章 硬件电路设计与实现9 HYPERLINK l _Toc3

9、88912257 3.1 单片机最小系统9 HYPERLINK l _Toc388912258 3.2 信号采集电路13 HYPERLINK l _Toc388912261 3.3 信号转换电路 PAGEREF _Toc388912261 h 15 HYPERLINK l _Toc388912262 3.4 发光二极管显示与蜂鸣器报警电路 PAGEREF _Toc388912262 h 17 HYPERLINK l _Toc388912263 3.5 LCD1602显示电路18 HYPERLINK l _Toc388912264 3.6 按键20 HYPERLINK l _Toc3889122

10、66 第4章 软件编程21 HYPERLINK l _Toc388912267 4.1 开发环境 PAGEREF _Toc388912267 h 21 HYPERLINK l _Toc388912268 4.2 主程序流程 PAGEREF _Toc388912268 h 21 HYPERLINK l _Toc388912269 4.3 程序代码编写23 HYPERLINK l _Toc388912270 4.3.1程序初始化 PAGEREF _Toc388912270 h 23 HYPERLINK l _Toc388912271 4.3.2 按键设计 PAGEREF _Toc388912271

11、 h 23 HYPERLINK l _Toc388912272 4.3.3 模数转换设计24 HYPERLINK l _Toc388912273 第5章 电路调试与测试结果26 HYPERLINK l _Toc388912274 5.1 电路调试26 HYPERLINK l _Toc388912275 5.2 浓度与显示之间的关系27 HYPERLINK l _Toc388912276 5.2.1 传感器的定标27 HYPERLINK l _Toc388912277 5.2.2 酒精浓度测试结果29 HYPERLINK l _Toc388912278 结 论30 HYPERLINK l _To

12、c388912279 致 谢31 HYPERLINK l _Toc388912280 参考文献32 HYPERLINK l _Toc388912281 附录 系统部分原代码33Contents TOC f h z u Chapter 1 Introduction HYPERLINK l _Toc388561440 11.1 HYPERLINK l _Toc388561441 Background11.2 HYPERLINK l _Toc388561442 Research status21.3 HYPERLINK l _Toc388561443 Purpose and significance

13、31.4 The main work of this article HYPERLINK l _Toc388561444 3 HYPERLINK l _Toc358457162 Chapter 2 Program selection and analysis.4 HYPERLINK l _Toc358457163 2.1 Scheme Selection.5 HYPERLINK l _Toc358457164 2.1.1 Controller Selection Analysis5 HYPERLINK l _Toc358457165 2.1.2 The selection of the dis

14、play module6 HYPERLINK l _Toc358457166 2.1.3 Choice of sensor module.7 HYPERLINK l _Toc358457168 2.2 Feasibility Analysis.8Chapter 3 Program HYPERLINK l _Toc388561446 Hardware Design and Implementation93.1 HYPERLINK l _Toc388561447 Microcontroller development process93.2 HYPERLINK l _Toc388561448 Ha

15、rdware system block diagram133.3 HYPERLINK l _Toc388561449 Signal acquisition circuit153.4 HYPERLINK l _Toc388561452 The signal conversion circuit173.5 HYPERLINK l _Toc388561453 LED display and buzzer alarm circuit183.6 HYPERLINK l _Toc388561454 LCD1602 display circuit20Chapter 4 HYPERLINK l _Toc388

16、561456 Software Programming PAGEREF _Toc388561456 h 214.1 HYPERLINK l _Toc388561457 Smallest single-chip system PAGEREF _Toc388561457 h 214.2 HYPERLINK l _Toc388561458 Program flow214.3 HYPERLINK l _Toc388561459 Program code is written PAGEREF _Toc388561459 h 234.3.1 Program initialization.234.3.2 B

17、utton design234.3.3 ADC Design.24Chapter 5 HYPERLINK l _Toc388561460 Circuit debugging and test results265.1 HYPERLINK l _Toc388561461 Circuit Debugging265.2 HYPERLINK l _Toc388561462 The relationship between concentration and display275.2.1 HYPERLINK l _Toc388561463 Calibration of the sensor275.2.2

18、 HYPERLINK l _Toc388561465 Alcohol concentration test results29 HYPERLINK l _Toc388561466 Conclusions30 HYPERLINK l _Toc388561467 Acknowledgements31 HYPERLINK l _Toc388561468 References32 HYPERLINK l _Toc388561469 Appendix system part of the original code33 绪论现代社会电子科学技术飞速的发展，电子产品已经渗透了社会的各个领域，酒后驾车是一件

19、非常危险的事情，通过设计酒精检测，来减少酒后驾车的发生。 TC Chapter 1 Introduction l 1 1.1 设计背景 TC 1.1 BACKGROUND l 2 我国传感器市场的增长率超过15%，2003年销售额为186亿元人民币，2006年销售额为283亿元人民币，2007年为325亿元人民币，2008年为374亿元人民币。我国传感器4大类中，工业和汽车电子产品占市场份额的33.5%。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段，新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它将不仅促进系统产业的改造，而且可导致建立新型工业和军事变革，是21世

20、纪新的经济增长点1。由于气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少的手段，气体传感器发挥着极其重要的作用。气体传感器是把气体中的特定成分检测出来，并转化为电信号的一类器件，用来对有害气体，易燃易爆气体等进行安全检测和报警，对生产生活中需要了解的气体进行检测，分析，研究等。近年来，我国气敏传感器产业有了较快的发展，但与国外相比，从技术水平，产业化及应用等领域均存在着不小的差距。目前，气敏传感器领域还存在一些问题。一是元件的稳定性差。由于元件电阻和灵敏度随时间而不断变化，漂移大给检测结果的可靠性带来不稳定的因素。二是选择性差。由于在检测气体时，往往还存在着其它的

21、干扰气体(如烟酒等)，使气敏元件发生交叉响应，产生误报。三是催化剂中毒。掺有催化剂的气敏元件接触某些气体后，活性组分被毒化，将会改变元件的选择性，降低其敏感度和稳定性，另外催化剂本身也存在着不稳定性问题，灵敏度问题。四是SnO2元件有时由于灵敏度过大导致误报，但是在检测某些低浓度气体时灵敏度却难以达到要求2。1.2 气敏传感器的研究现状 TC 1.2 RESEARCH STATUS l 2 TC Research status l 2 TC Purpose and significance l 2 气敏元件性能与敏感功能材料的种类、结构及制作工艺密切相关。用金属氧化敏感材料制作的半导体式气敏元

22、件具有灵敏度高，结构简单，体小质轻，坚固耐用等优点而得到广泛的应用，目前仍以SnO2材料为主3。SnO2是一种广普型的气敏材料，围绕SnO2为基体材料的气敏材料的制备及其气敏元件制备的研究课题十分活跃。纯SnO2的气敏特性不甚好，尤其是它的热稳定性不高。为改善其气敏特性，常在SnO2基体中掺入贵金属或其他金属氧化物。尽管SnO2基传感材料具有许多优点，作为材料也存在一定缺点。通过控制气敏材料微粒大小，颗粒纳米化，掺杂其它添加剂或催化剂，利用过滤设备或透气膜来获得选择性，控制工作温度及环境湿度影响，改进制备等方法可以改善SnO2传感器的气敏性能4。纳米科学技术(NanoST)是研究尺寸在0.11

23、00nm的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。纳米技术的发展，不仅为传感器提供了优良的敏感材料，而且为传感器制作提供了许多新型方法。纳米固体材料具有庞大的界面，提供了大量气体通道，从而大大提高了灵敏度，工作温度大大降低，大大缩小了传感器的尺寸。当然，在己获得明显进展的纳米传感领域中尚存在很多问题，从敏感材料到制作技术都很不成熟，其性能也有不尽人意的地方5。气敏传感器在家用电器中也有相当广泛的应用。吸油烟机等产品上常用MQ-3型半导体气敏传感器，它采用旁热式结构，陶瓷管内装有高阻抗加热丝，管外涂有梳状金属电极，金属电极之外涂有SnO2材料，使SnO2烧结体位

24、于两电极之间6。气敏传感器工作时，加热器通电加热，若无被检气体侵入时，气敏元件的阻值基本不变当气敏元件表面产生吸附作用，其阻值将随气体浓度的变化变化。当被检气体浓度增大到一定值时，气敏元件的阻值将随之下降到某一值，使电压比较器的状态发生变化，输出控制信号经电流放大后，控制继电器或双向晶闸管接通电动机电源使吸排油烟机工作7。1.3 设计酒精浓度探测仪的意义 TC 1.3 PURPOSE AND SIGNIFICANCE l 2 TC Purpose and significance l 2 本设计基于AT89S51单片机设计的酒精气体浓度探测仪，可用来检测酒精气体浓度，最主要的用途是检测司机的酒

25、精含量。酒后驾车发生事故的机率高达27%。随着摄入酒精量的增加，选择反应错误率显著增加，当血液中酒精含量由0.5增至1，发生车祸的可能性便增加5倍，如果增至1.5，可能性再增加6倍。机动车驾驶人员“酒后驾车”及“醉酒驾车”极易发生道路交通事故，严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。人饮酒后,酒精通过消化系统被人体吸收, 经过血液循环, 约有90%的酒精通过肺部呼气排出, 因此测量呼气中的酒精含量, 就可判断其醉酒程度。开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气，仪器就能发上显示出酒精浓度的高低，从而判断该司机是否酒后驾车，避免事故的发生。当然，最好的办法是在车内安装这种测试仪，司机一进入车内检测仪

26、就检测司机的酒精含量，如果超出允许值，系统控制引擎无法启动，这样就可从根本上解决酒后驾车问题。酒精气体浓度探测仪在生产生活中也有重要的应用，比如，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可随时检测车间内的酒精气体浓度，当酒精气体浓度高于允许限定值时，发出警报，提醒人们及时通风换气，做到安全生产。1.4 主要研究工作 TC 1.4 PURPOSE AND SIGNIFICANCE l 2 设计以AT89S51单片机为核心，用于测量酒精浓度的探测仪，主要研究工作包括以下3个方面。（1）硬件电路方面，对气体传感器MQ-3按检测电路，接上一定阻值的负载电阻，检测它的技术参数，确定MQ-3所

27、接负载电阻的大小，完成信号采样电路的设计；采样到的模拟电压电信号通过A/D转换，得到可供单片机处理的数字信号，再由单片机作相应的数据处理；发光二极管报警显示和LCD浓度值显示。（2）软件方面，标准的确定是该部分要做的主要工作。因为原始的采样值是一个间接的负载分压值，需要将它转化为被测酒精浓度值。通过多个样品的测量确定多个浓度区间的转换标准，并将每个区间的转换关系近似线性化处理，然后通过软件编程的方法来实现。（3）为了尽量减少设计的气体传感器的测量误差，在测量酒精溶液样品时要考虑并解决3个主要问题。一是外界环境流动空气对传感器的影响和对气体样品的稀释，二是样品的稳定性对测量带来的误差，三是水蒸气

28、对测量的影响。针对这3个主要问题提出以下解决方案和验证方法。测量样品时，将探头尽量放入塑料瓶内，可以在一定程度上消除流动空气的影响，同时应选择空气流动较小的室内环境来测量。水蒸气对MQ-3的影响很小，这一点可以通过对只装有纯净水的塑料瓶的多次测量来验证。用相同容量的塑料瓶配制好不同浓度的酒精溶液后，将它密封并放置一段时间，待其稳定后再测量。再通过反复多次测量多组数据，求其平均值的方法来缩小测量误差。 TC The main work of this article l 2 第2章 方案选择与分析 TC Chapter 2 program selection and analysis l 1 本

29、章主要介绍方案选择与分析两部分，通过多种方案的选择与分析，从中选出最理想、稳定性强的设计方案，通过分析来确定最终的选择方案。 TC Hardware Design and Implementation l 1 2.1方案选择 TC 2.1 Scheme Selection l 2 方案选择是对于企业重要的应用系统而言，保证系统能持续、可靠地提供服务是非常重要的，因此就出现了对高可用性的需求和高可用性的解决方案。2.1.1控制器选择分析 TC 2.1.1 Controller Selection Analysis l 3 控制器是整个单片机系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功

30、能，系统的所有数据处理和控制都要经过单片机最小系统来实现。考虑到需要实现多个功能的要求及各个模块引脚的数目，列出以下方案，对其分析、论证、选择。1.方案一采用ATMEL公司的ATmega128。ATmega128是一款基于AVR的内核，采用RISC结构，高性能，低功耗、具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力CMOS的8位单片机。其芯片具有16位PWM功能的定时/计数器，53个通用I/O口，实时时钟计数器，1个8位面向字节的TWI(IIC)总线接口，8通道单端或差分输入的10位ADC。同时其处理速度也比较快，寄存器也较多，而本系统设计对处理速度要求不是很高，若采用该方案，将会在设计的过程中

31、遇到许多不必要的麻烦，而且该芯片价格相对比较昂贵，也必将增加设计成本。2.方案二采用高端处理器S3C2410。S3C2410是一款ARM内核的处理器，其处理速度更快，相对操作起来将更加麻烦，同时根据本设计的实际情况，使用起来其内部资源将会严重浪费，同时设计成本较高，不利于产品的推广应用。3.方案三采用ATMEL公司的AT89S51。AT89S51单片机支持在线编程，易于操作,价格便宜，技术成熟，应用广泛。而且AT89S51 单片机引脚较少，寄存器少，便于编程控制，软件实现简单，可以满足各个模块端口的要求，完全可以实现系统设计的功能要求。综合对比以上三种方案，考虑到系统的可行性以及软硬件成本，选

32、择方案三。2.1.2显示模块的选择分析 TC 2.1.2 The selection of the display module l 3 显示模块在系统运行中，主要用来显示实时时间以及温湿度数据，应便于使用者对相应数据信息的读取。1.方案一采用普通的数码管。这种方法简单易行，并且适合于硬件操作，但是数码管消耗电流特别大，对电源的容量要求很高，而且不能显示汉字，可视化效果不好，不便于对实时数据的观察。2.方案二采用LCD1602。LCD1602液晶也叫1602字符型液晶，它由若干个5*7或者5*11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起

33、到了字符间距和行间距的作用。是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，价格低。3.方案三采用LCD12864液晶。LCD12864液晶是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其显示分辨率为12864，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字。也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一特点，但是成本高。因此，综合对比以上三个方案，从可行性角度考虑，选择方案二。2.1.3传感器模块

34、的选择分析 TC 2.1.3 Choice of sensor module l 3 TC 2.1.3 Analysis of selected clock module l 3 1.方案一SD-31酒精传感器是以二 HYPERLINK /search?word=%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%94%A1&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 氧化锡为基本敏感材料的,专门用于呼气中 HYPERLINK /search?word=%E9%85%92%E7%B2%BE%E6%B5%93%E5%BA%A6&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t

35、 _blank 酒精浓度检测的一种半导体型气体传感器。它的基本特征是：极高灵敏度和极快的响应速度。SD-31型酒精传感器适用于呼气中 HYPERLINK /search?word=%E9%85%92%E7%B2%BE%E6%B5%93%E5%BA%A6&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 酒精浓度的检测,用于便携式酒精检测。2.方案二MQ-3气体传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大，MQ-3气体传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。这种传感器可检测多种浓度酒精气氛，是一款适合多种应用的低成本传感器。对

36、酒精气体具有良好的灵敏度、长寿命、低成本，简单的驱动电路即可应用，综合以上两种方案，考虑到效果的准确性，选择方案二。2.2 可行性分析 TC 2.2 Feasibility Analysis l 2 采用AT89S51单片机作为控制核心，其丰富的内部资源足够本系统设计所需。设计所需的各种元器件易于采购，学院的硬件实验室具备各种实验工具，可以为焊接和调试提供良好的条件。同时大学期间所开设的C程序设计、单片机技术、模拟电子技术、数字电路技术等相关课程，可以为本系统的设计与实现提供理论知识。综合以上条件，本系统的设计完全可行。第3章 硬件电路设计与实现本章主要介绍该设计的硬件设计，从硬件系统上设计单

37、片机最小系统，信号采集电路模块、信号转换电路模块和发光二极管显示与蜂鸣器报警电路LCD1602显示电路按键模块的电路进行详细设计。3.1单片机最小系统 TC Hardware system block diagram l 2 单片微机是单片微型计算机的译名简称，在国内也常称为“单片微机”或“单片机”。它包括中央处理器CPU，随机存储器RAM，只读存储器ROM，中断系统，定时器/计数器，串行口和I/O口等等。现在，单片微机已不仅指单片计算机，还包括微计算机，微处理器，微控制器和嵌入式控制器，单片微机已是它们的俗称8。AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含

38、4K的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程也可以用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，可灵活应用于各种控制领域。AT89S51提供以下标准功能：4KBFlash闪存存储器，128B内部RAM，32个I/O口线，看门狗，两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。根据实际需要，本次设计选用的是以8051为核心单元Atmel公司的低耗AT89S51单片机。AT89S51芯片有40条引脚，采用双列直插式

39、封装，如图3-1所示。下面说明各引脚功能。 图3-1 AT89S51芯片管脚VCC：运行和程序校验时接电源正端。GND：接地。XTAL1：输入到单片机内部振荡器的反相放大器。XTAL2：反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。P0口：8位漏极开路的。使用片外存储器时，作低八位地址和数据分时复用，能驱动8个LSTTL上拉电阻。P1口：8位、准双向I/O口。P2口：8位、准双向I/O口。当使用片外存储器（ROM及RAM）时，输出高8位地址。可以驱动4个LSTTL负载。P3口：8位、准双向I/O口，具有内部上拉电路，提供各种替代功能。P3.0RXD串行口输入口，P3.1TXD串行口输出口，P3.2

40、EQ x to (INT0) 外部中断0输入，P3.3 EQ x to (INT1) 外部中断1输入，P3.4T0定时器/计数器0的外部输入，P3.5T1定时器/计数器1的外部输入，P3.6 EQ x to (WR) 低电平有效，输出，片外存储器写选通，P3.7 EQ x to (RD) 低电平有效，输出，片外存储器读选通。RST：复位输入信号，高电平有效。在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。 EQ x to (EA) /VCC：片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。高电平时选择片内程序存储器，低电平时程序存储器全部在片外而不管片内是否有程序存储器。ALE/P

41、ROG：地址锁存允许信号，输出。ALE以1/6的振荡频率固定速率输出，可作为对外输出的时钟或用作外部定时脉冲。单片机最小系统的设计包括电源，晶振和复位电路三个部分。这是使单片机正常工作的必要外围电路部分。针对不同型号的单片机在最小系统设计上会有一些差别。对于选用的AT89S51单片机，根据美国ATMEL公司提供的技术资料，可以对它的最小系统作恰当的设计，如图2所示9。对于电源部分，技术资料中性能参数里给出的标准工作电压是4.05.5V。因此，单片机的引脚40对应的VCC接到+5V电源的正极，引脚10对应的GND接到+5V电源的接地端，为AT89S51单片机提供正常的工作电压。对于晶振部分，AT

42、89S51单片机中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚19对应的XTAL1和18对应的XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。如图8所示，石英晶体及电容C1和C2接在放大器的反馈回路中构成并联谐振电路。石英晶体的两端分别接到引脚XTAL1 和引脚XTAL2，同时石英晶体的两端分别接一个电容C1和C2，电容的另一端接地。对于外接电容C1和C2的大小虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小还是会对振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度和温度稳定性带来一定的影响。根据技术资料的推荐，使用石英晶体推荐电容容

43、量为30pF10pF，使用陶瓷谐振器推荐电容容量为40pF10pF。因为电路中接的是石英晶体，所以设计中接的两个电容C1和C2的容量都为30pF。对于复位电路部分，AT89S51技术资料给出，当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。复位是单片机的初始化操作，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，可以按复位键以重新启动，所以复位电路的设计很有必要。复位操作有上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位三种方式，本设计选用按键电平复位方式。如图3-2所示，22F的电容C3与470的电阻并联，电容的正极端接到电源的正极，电容的另一端接至引脚RST。

44、设计中选用的石英晶体大小为11.0952MHz,但复位键按下后，电容和电阻选用的参数值能够保证给复位端RST提供大于2个机器周期的高电平复位信号10。图3-2 AT89S51单片机最小系统设计电路3.2 信号采集电路根据被检测气体的不同，气敏传感器可分为以下三类:（1）可燃性气体气敏传感器。目前该类气敏传感器需求量最大，包含各种无机和有机类气体检测，主要用于抽油烟机、泄露报警器和空气清新剂等方面，并已经形成生产规模，在油田、矿区、化工、企业及家庭等生产和生活领域广泛用作气体泄露报普，特别是用于家庭气体泄露报警，需求量不断增加，使该类传感器有着广泛的发展空间。（2）CO和H2气敏传感器。CO气敏

45、元件可用于工业生产、环保、汽车、家庭等CO泄露和不完全燃烧检测报警；H2气敏元件除应用于工业等领域外，主要用于家庭管道煤气泄露报警。由于我国管道煤气中H2含量很高，而氢敏元件较氧化碳元件价格低，灵敏度高，因此，用氢敏元件做城市管道煤气泄露报警更为适宜。（3）毒性气体传感器。毒性气体传感器又称为环境有毒有害气体传感器，主要用于检测烟气、尾气、废气等环境污染气体，虽然SnO2气敏传感器对CO，H2S等有毒有害气体敏感，但应用最多的仍是电解式化学传感器。传感器的分类方式有很多种，以上是根据被检测气体的性质进行的分类，也有根据元件的物理特性进行分类的。一个新型的气体检测系统应该包括：（1）基于一种或几

46、种传感技术的气体传感器。（2）组合了气体传感器和采样调理电路的探头。（3）配有人机接口软件的中心监测和控制系统。（4）在一些应用中，与其它安全系统和仪器的接口。本设计中的酒精气体传感器采用河南汉威电子有限公司的MQ-3型,它属于MQ系列气敏元件的一种。如图3-3所示：图3-3 MQ-3特点:检测范围为10ppm2000ppm ；灵敏度高，输出信号为伏特级；响应速度快，小于10秒；功耗小于0.75W，尺寸：D17*H10。MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物（二氧化锡）的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测气体

47、浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。MQ-3的灵敏度特性曲线如图3-4所示。图3-4 MQ-3灵敏度特性曲线检测电路如图3-5所示，当电源开关S断开时，传感器加热电流为零，实测A，B之间电阻大于20M。S接通，则f，f之间电流由开始时155mA降至153mA而稳定。加热开始几秒钟后A，B之间电阻迅速下降至10K以下，然后又逐渐上升至120K以上后并保持着。此时如果将酒精溶液样品靠近MQ-3传感器，可以看到数字万用表显示值马上由原来大于120K降至10K以下。移开小瓶过1分钟左右后，A，B之间电阻恢复至大于120K。这种反应可以重复试验，但要注意使空气恢复到洁净状态。经实验的

48、反复检测，MQ-3传感器可以正常工作使用，对不同浓度的酒精溶液有不同的变化，响应时间和恢复时间都正常，可以开始作信号采样模块电路的设计。图3-5 MQ-3检测电路 TC Signal acquisition circuit l 2 3.3 信号转换电路ADC0832 为8 HYPERLINK /view/784507.htm t _blank 位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双 HYPERLINK /view/324739.htm t _blank 数据

49、输出可作为 HYPERLINK /view/5705563.htm t _blank 数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。如图3-6，下面说明各引脚功能。图3-6 ADC0832BP芯片CS_ HYPERLINK /view/2073349.htm t _blank 片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。G

50、ND 芯片参考0 电位（地）。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换 HYPERLINK /view/324739.htm t _blank 数据输出。CLK 芯片时钟输入。Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832BP的工作过程是：将DO和DI并联在一根数据线上使用。ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS HYPERLINK /view/3450632.htm t _blank 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片

51、时钟输入端CLK 输入 HYPERLINK /view/1539297.htm t _blank 时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个 HYPERLINK /view/1539297.htm t _blank 时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能。当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH

52、0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用 HYPERLINK /view/324739.htm t _blank 数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输DATA0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时 HYPERLINK /view/324739.htm t _blank 数据输

53、出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。3.4 发光二极管显示与蜂鸣器报警电路 TC LED display and buzzer alarm circuit l 2 发光二极管的负极间接一个1K的电阻，正极接在P26引脚上，当酒精浓度到达阀值是，点亮。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电， 直流蜂鸣器是给一定的驱动直流电压就会响。而交流蜂鸣器是需要给蜂鸣器一个脉冲才会响。我的板子上配的就是交流蜂鸣器。蜂鸣器的2号引脚接一个电阻加一个电容，当酒精浓度达到阀值是，蜂鸣器报警。报警电路如图3-7。图3-7 发光二极管与蜂

54、鸣器3.5 LCD1602显示电路液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。码即可显示部分采用LCD1602液晶屏进行数据显示，其接口信号说明如表1所示。表3

55、-1 液晶屏接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端12D5Data I/O5R/W读/写选择端13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极LCD1602液晶与单片机接口电路如图3-8所示。其中P0.0P0.7接LCD数据线，P2.1P2.2接LCD控制线。图3-8 LCD与单片机接口电路3.6 按键本设计采用二键键盘，电路如图3-9所示。图3-9

56、键盘电路按键KEY1,KEY2，直接接单片机P3.2P3.3。其中：（1）KEY1为上调键，用来上调浓度阀值（2）KEY2为下调键，用来下调浓度阀值。第4章 软件编程系统的软件设计采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。程序是在Windows XP环境下采用Keil软件编译的。4.1 开发环境 TC Development environment l 2 选用的开发平台为Keil单片机集成开发环境，只需在PC机上安装Keil软件，然后在Keil软件代码编辑器编辑程序代码，经汇编，修改，产生代码，形成输入输出口实验十六进制.HEX文件。打开Microcontrmller ISP Softwar

57、e，在菜单options选项中选择select device，在弹出的窗口中选择器件AT89S51，并选Byte Mode点击OK。初始化器件后，将经过编译生成的.HEX十六进制文件下载到单片机。对于8051系列单片机，现有四种语言支持，即汇编、PL/M、C和BASIC。本设计软件编程部分选用C语言来写程序代码。4.2 主程序流程 TC Program flow l 2 当检测到酒精气味时，气体传感器MQ-3两个电极端A-B间电阻将变小，对应与气体传感器负载电阻的分压将变大。因为ADC0832BP的模拟输入端IN0与负载电阻的一端用导线连在了一起。所以单片机在启动测试模数转换芯片之前要选择通道

58、0，写入模数转换芯片，并将用作查询的单片机引脚P3.3置位，然后启动对通道IN0端输入的采集电压信号作模数转换，等待转换的结束。利用单片机丰富的I/O口可以采用查询方式来检测模数转换是否结束，当单片机引脚P3.3为1时转换未结束等待，当查询到P3.3为0时表示模数转换已经结束，可以开始读取数据了。单片机通过I/O口与模数转换芯片的数据输出口相连读取转换后的数据。读取后的数据送到数据存储器单元中，经过单片机作相应的处理，即要将该电压值转换为酒精浓度值，然后处理后的数据用LCD显示，并同时检测按键，加减浓度阀值，对比是否产生报警。程序流程图如图4-1所示。开始单片机初始化 关闭报警和显示按键检测与

59、数据转换、显示 图4-1 主程序流程图4.3 程序代码编写4.3.1程序初始化 TC Program code is written l 2 系统电源线接通系统复位后，程序从主程序入口进入运行。因为在程序中每次对模数转换后读取的数据，需要相应的存储空间，同时对读取的数据作适当处理后也要送到特定的存储空间存储起来，以供后面的LCD显示用。当然，在程序运行的过程当中，还要用到工作寄存器，因为工作寄存器都是临时存储数据，不需要保存作为以后处理要用到的数据，所以工作寄存器的初始化这部分可以省去。于是，对于程序的初始化程序代码可以相应写出13。4.3.2 按键设计开始按键处理是先检测按键K1是否按下，K

60、1=0时，去抖，然后加1，检测按键K2是否按下，按下则时减1，检测完毕后返回值送给液晶显示浓度阀值。如流程图4-2。上调酒精浓度阀值按键K1是否按下 Y下调酒精浓度阀值按键K2是否按下 N Y N返回图4-2 按键流程图 4.3.3 模数转换设计把模拟电压值转换成8位二进制数并返回，片选，DO为高阻态，第一个脉冲，起始位，第二个脉冲，DI=1表示双通道单极性输入，第三个脉冲DI=1表示选择通道1（CH2），DI转为高阻态，DO脱离高阻态为输出数据作准备，在每个脉冲的下降沿DO输出一位数据，最终ch为8位二进制数，取消片选，一个转换周期结束。如图4-3。开始片选 NFor循环 Y片选结束返回fa