可燃?xì)怏w報警器的設(shè)計

1、畢業(yè)論文可燃?xì)怏w報警器的設(shè)計羅鵬飛吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013年5月吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文畢業(yè)論文可燃?xì)怏w報警器學(xué) 生 姓 名： 羅鵬飛 專 業(yè) 班 級： 自動化3102 指 導(dǎo) 教 師： 劉 南 完 成 日 期： 2013年4月30日 吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院Jilin Vocational College of Industry and Technology摘 要本設(shè)計簡單、方便、成本低，采用的是比較優(yōu)化的電路設(shè)計方案；以單片機(jī)STC89C51為核心檢測酒精濃度, 利用簡易的氣敏傳感器進(jìn)行呼出氣體信號采集，通過單片機(jī)對采集來的信號進(jìn)行處理后，以顯示人體血液中酒精濃度值。該設(shè)計操作方便、性

2、能良好，比較符合相關(guān)部門進(jìn)行安檢的需要。本文還詳細(xì)的給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了該匯編語言程序。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；氣體傳感器；酒精測試儀 I目 錄摘 要I目 錄II第一章 緒 論11.1 主要特性11.2 主要原理及分類2第二章 設(shè)計方案52.1 課題背景52.2 課題意義52.3 酒精濃度檢測儀設(shè)計要求分析52.4 酒精濃度檢測儀設(shè)計方案6第三章 硬件設(shè)計73.1 傳感器的選擇73.1.1 MQ-3 型氣敏傳感器技術(shù)指標(biāo)83.1.2 MQ-3型氣敏傳感器的輸出特性93.2 系統(tǒng)功能93.3 模塊設(shè)計103.3.1 處理模塊103.3.2 顯示模塊113.3.3 鍵盤模塊123.3

3、.4 A/D 轉(zhuǎn)換模塊133.3.5 聲音報警模塊153.3.6 電源模塊16第四章 軟件設(shè)計174.1 主程序流程概述174.2 鍵盤掃面子程序184.3 A/D轉(zhuǎn)換與比較子程序流程圖19結(jié) 論21參考文獻(xiàn)22參考程序23致 謝30II第1章 緒 論 氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測頭內(nèi)。從本質(zhì)上講，氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸，甚至對樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速的測量。氣體的采樣方法直接影響傳感器的響應(yīng)時間。目前，氣體的采樣方式主要是通過簡

4、單擴(kuò)散法，或是將氣體吸入檢測器。 1.1 主要特性 （1）穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指傳感器在整個工作時間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時，整個工作時間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作時間內(nèi)的降低。理 ,k想情況下，一個傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。 （2）靈敏度 靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對目標(biāo)氣體的閥限制(TLV-thre

5、sh-old limit value)或最低爆炸限(LEL-lower explosive limit)的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。（3）選擇性 選擇性也被稱為交叉靈敏度?？梢酝ㄟ^測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個響應(yīng)等價于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的，因?yàn)榻徊骒`敏度會降低測量的重復(fù)性和可靠性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。 （4）抗腐蝕性 抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)1020倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)盡可能小。 氣

6、體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過材料的選擇來確定。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到最優(yōu)。 1.2 主要原理及分類通常以氣敏特性來分類，主要可分為：半導(dǎo)體型氣體傳感器、電化學(xué)型氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、光化學(xué)型氣體傳感器、高分子氣體傳感器 （1）半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，與氣體相互作用時產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起以載流子運(yùn)動為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化。這些都是由材料的半導(dǎo)體性質(zhì)決定的。 電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器主要是指半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器，是一種

7、用金屬氧化物薄膜(例如：Sn02，ZnO Fe203，Ti02等)制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。氣味分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器傳導(dǎo)率的變化。為了消除氣味分子還必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。傳感器內(nèi)的加熱器有助于氧化反應(yīng)進(jìn)程。它具有成本低廉、制造簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、對濕度敏感低和電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須工作于高溫下、對氣味或氣體的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不夠理想、功率要求高.當(dāng)探測氣體中混有硫化物時，容易中毒。 非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器是MOS二極管式和結(jié)型二極管式以及場效應(yīng)管式(MOSFET)半導(dǎo)體氣體傳感器。其電流或電壓隨著氣體含量而變化，主要

8、檢測氫和硅燒氣等可燃性氣體。其中，MOSFET氣體傳感器工作原理是揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)與催化金屬(如鈕)接觸發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到MOSFET的柵極，改變了器件的性能。通過分析器件性能的變化而識別VOC。通過改變催化金屬的種類和膜厚可優(yōu)化靈敏度和選擇性，并可改變工作溫度。MOSFET氣體傳感器靈敏度高，但制作工藝比較復(fù)雜，成本高。 （2）電化學(xué)型氣體傳感器電化學(xué)型氣體傳感器可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過檢測電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)，市售的檢測缺氧的儀器幾乎都配有這種傳感器，近年來，又開發(fā)了檢測酸性氣體和毒性氣體的原電池式傳感器?？煽仉?/p>

9、位電解式傳感器是通過測量電解時流過的電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)，和原電池式不同的是，需要由外界施加特定電壓，除了能檢測CO，NO，N02，02，S02等氣體外，還能檢測血液中的氧體積分?jǐn)?shù)。電量式氣體傳感器是通過被測氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)。離子電極式氣體傳感器出現(xiàn)得較早，通過測量離子極化電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)已電化學(xué)式氣體傳感器主要的優(yōu)點(diǎn)是檢測氣體的靈敏度高、選擇性好。 （3）固體電解質(zhì)氣體傳感器 固體電解質(zhì)氣體傳感器是一種以離子導(dǎo)體為電解質(zhì)的化學(xué)電池。20世紀(jì)70年代開始，固體電解質(zhì)氣體傳感器由于電導(dǎo)率高、靈敏度和選擇性好，獲得了迅速的發(fā)展，現(xiàn)在幾乎應(yīng)用于環(huán)保、節(jié)能、礦

10、業(yè)、汽車工業(yè)等各個領(lǐng)域，其產(chǎn)量大、應(yīng)用廣，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。 （4）接觸燃燒式氣體傳感器接觸燃燒式氣體傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，其工作原理是氣敏材料(如Pt電熱絲等)在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或者在催化劑作用下氧化燃燒，電熱絲由于燃燒而生溫，從而使其電阻值發(fā)生變化。這種傳感器對不燃燒氣體不敏感，例如在鉛絲上涂敷活性催化劑Rh和Pd等制成的傳感器，具有廣譜特性，即能檢測各種可燃?xì)怏w。這種傳感器有時稱之為熱導(dǎo)性傳感器，普遍適用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道和浴室廚房的可燃性氣體的監(jiān)測和報警。該傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對處于爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體

11、進(jìn)行檢測。 （5）光學(xué)式氣體傳感器 光學(xué)式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學(xué)材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過測量和分析紅外吸收峰來檢測氣體。目前的最新動向是研制開發(fā)了流體切換式、流程直接測定式和傅里葉變換式在線紅外分析儀。該傳感器具有高抗振能力和抗污染能力，與計算機(jī)相結(jié)合，能連續(xù)測試分析氣體，具有自動校正、自動運(yùn)行的功能。光學(xué)式氣體傳感器還包括化學(xué)發(fā)光式、光纖熒光式和光纖波導(dǎo)式，其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、可靠性好。光纖氣敏傳感器的主要部分是兩端涂有活性物質(zhì)的玻璃光纖?；钚晕镔|(zhì)中含有固定在有機(jī)聚合物基質(zhì)上的熒光染料，當(dāng)VOC與熒光染料發(fā)

12、生作用時，染料極性發(fā)生變化，使其熒光發(fā)射光譜發(fā)生位移。用光脈沖照射傳感器時，熒光染料會發(fā)射不同頻率的光，檢測熒光染料發(fā)射的光，可識別VOC。 （6）高分子氣體傳感器 近年來，國外在高分子氣敏材料的研究和開發(fā)上有了很大的進(jìn)展，高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合等特點(diǎn)，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測具有重要作用。高分子氣體傳感器根據(jù)氣敏特性主要可分為下列幾種： 高分子電阻式氣體傳感器該類傳感器是通過測量高分子氣敏材料的電阻來測量氣體的體積分?jǐn)?shù)，目前的材料主要有歐菁聚合物、LB膜、聚毗咯等。其主要優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡單、成本低廉。但這

13、種氣體傳感器要通過電聚合過程來激活，這既耗費(fèi)時間，又會引起各批次產(chǎn)品之間的性能差異。濃差電池式氣體傳感器 濃差電池式氣體傳感器的工作原理是：氣敏材料吸收氣體時形成濃差電池，測量輸出的電動勢就可測量氣體體積分?jǐn)?shù)，目前主要有聚乙烯醇-磷酸等材料。聲表面波(SAW)式氣體傳感器SAW氣體傳感器制作在壓電材料的襯底上，一端的表面為輸入傳感器，另一端為輸出傳感器。兩者之間的區(qū)域淀積了能吸附VOC的聚合物膜。被吸附的分子增加了傳感器的質(zhì)量，使得聲波在材料表面上的傳播速度或頻率發(fā)生變化，通過測量聲波的速度或頻率來測量氣體體積分?jǐn)?shù)。主要?dú)饷舨牧嫌芯郛惗∠?、氟聚多元醇等，用來測量苯乙烯和甲苯等有機(jī)蒸汽。其優(yōu)勢在

14、于選擇性高、靈敏度高、在很寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定、對濕度響應(yīng)低和良好的可重復(fù)性。SAW傳感器輸出為準(zhǔn)數(shù)字信號，因此可簡便地與微處理器接口。此外，SAW傳感器采用半導(dǎo)體平面工藝，易于將敏感器與相配的電子器件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)微型化、集成化，從而降低測量成本。 石英振子式氣體傳感器 石英振子微秤(QCM)由直徑為數(shù)微米的石英振動盤和制作在盤兩邊的電極構(gòu)成。當(dāng)振蕩信號加在器件上時，器件會在它的特征頻率。30MHz)發(fā)生共振。振動盤上淀積了有機(jī)聚合物，聚合物吸附氣體后，使器件質(zhì)量增加，從而引起石英振子的共振頻率降低，通過測定共振頻率的變化來識別氣體。高分子氣體傳感器，對特定氣體分子的靈敏度高、選擇性好，結(jié)構(gòu)

15、簡單，可在常溫下使用，補(bǔ)充其他氣體傳感器的不足，發(fā)展前景良好。第二章 設(shè)計方案2.1 課題背景 近年來，我國越來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。近日河北省又上演因酒駕造成的悲慘一幕，17歲妙齡少女被酒駕司機(jī)拖行700米身亡，這不得不使我們警醒。據(jù)2008年世界衛(wèi)生組織的事故調(diào)查顯示，大約5060的交通事故與酒后駕駛有關(guān)，酒后駕駛已經(jīng)被列為車禍致死的主要原因。我國，每年由于酒后駕車引發(fā)的交通事故達(dá)數(shù)萬起；而造成死亡的事故中50以上都與酒后駕車有關(guān)，酒后駕車的危害觸目驚心，已經(jīng)成為交通事故的第一大“殺手”，從2011年5月1號起我國實(shí)施“醉駕入刑”。因此本課程設(shè)計的是

16、一種以氣敏傳感器和單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器為主，檢測駕駛員呼出氣體的酒精濃度，并具有聲光報警功能的空氣酒精濃度監(jiān)測儀。2.2 課題意義 （1）通過這次課程設(shè)計，加深對單片機(jī)理論方面的理解。 （2）掌握單片機(jī)的內(nèi)部模塊的應(yīng)用，如定時器/計數(shù)器、中斷、片內(nèi)外存儲器、I/O口、串行口通訊等。 （3）了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程、方法及實(shí)現(xiàn)，為以后設(shè)計和實(shí)現(xiàn)單片器應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。 （4）通過簡單課題的設(shè)計練習(xí)，了解必須提交的各項(xiàng)工程文件，也達(dá)到鞏固、充實(shí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的目的。 （5）希望通過該酒精測試儀可以檢測駕駛員呼出氣體中酒精含量多少，幫助有關(guān)部門用來對飲酒司機(jī)的醉酒程

17、度來進(jìn)行具體的處理，有效減少因酒駕造成的交通事故。也可以用在其他場合檢測人體呼出氣體的酒精含量，避免人員傷亡和財產(chǎn)的損失。2.3 酒精濃度檢測儀設(shè)計要求分析設(shè)計的酒精濃度測試儀應(yīng)具有如下特點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，外圍電路帶有LED顯示以及鍵盤響應(yīng)電路，無需要其他計算機(jī)，用戶就可以與之進(jìn)行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、計算、分析等過程。（2）系統(tǒng)具有低功耗、小型化、高性價比等特點(diǎn)。（3）從便攜式的角度出發(fā)，系統(tǒng)成功使用了數(shù)碼管顯示器以及小鍵盤。由單片機(jī)系統(tǒng)控制鍵盤和LED顯示來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作，界面友好。（4）軟件設(shè)計簡單易懂。2.4 酒精濃度檢測儀設(shè)計方案設(shè)計時，考慮酒精濃

18、度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是0-5伏的電壓值且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。此外，還需接人LED顯示，4*4鍵盤，報警電路等。其總體框圖如圖2-1所示。被測環(huán)境氣敏傳感器A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)聲光報警電路LED顯示鍵盤圖 2-1 基本工作原理圖第三章 硬件設(shè)計3.1 傳感器的選擇本系統(tǒng)直接測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?？紤]到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測量的準(zhǔn)確性，所以傳感器只能對酒精氣體敏感，對其他氣體不敏感，故選用MQ3型氣敏傳感器。其有很高的靈敏度

19、、良好的選擇性、長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，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號VRL輸出面獲得的。負(fù)載電阻RL可調(diào)為05-200K。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3-3所示

20、。為了使測量的精度達(dá)到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測量前需將傳感器預(yù)熱5分鐘。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)其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導(dǎo)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。 圖 3-1 MQ3 結(jié)構(gòu)和外形 圖 3-2 MQ3測試電路圖 3-3 傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系3.1.1 MQ-3 型氣敏傳感器技術(shù)指標(biāo)適用氣體： 酒精（乙醇） 探測范圍：10 to 1000ppm特征氣體：100ppm 酒精 靈敏度：Rin air/Rin typical gas5敏感體

21、電阻：400 to 4000K in air 響應(yīng)時間：10s（70% Response）恢復(fù)時間：30s（70% Response） 加熱電阻：31±3加熱電流：180mA 加熱電壓：5V±0.2V加熱功率：900mW 貯存條件：溫度:-20-70 濕度:70%RH工作條件：環(huán)境溫度:-10-65 濕度:95%RH3.1.2 MQ-3型氣敏傳感器的輸出特性圖 3-4 MQ-3型氣敏傳感器的靈敏度特性如圖3-4，給出了MQ-3氣敏元件的靈敏度特性。其中，溫度：20°C、相對濕度：65%、氧氣濃度：21%、RL=200K、Rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值、R

22、o：元件在潔凈空氣中的電阻值。圖3-5 MQ-3型氣敏元件的溫濕度特性Ro：20°C，33%RH條件下，0.4mg/L濃度的乙醇蒸汽中元件電阻、Rs：不同溫度，濕度下，0.4mg/L濃度的乙醇蒸汽中元件電阻。3.2 系統(tǒng)功能該酒精濃度測試儀根據(jù)功能分，主要有5個部分組成：處理模塊，數(shù)據(jù)的采集和A/D轉(zhuǎn)換，鍵盤模塊，數(shù)據(jù)輸出LED顯示，警報模塊。各個模塊連接到一起，功能結(jié)合起來就是一個整體的酒精濃度測試儀。系統(tǒng)框圖如圖3-6所示，傳感器將測試環(huán)境中的酒精濃度轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)處理，單片機(jī)將酒精濃度信息轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，查表獲得對應(yīng)的數(shù)碼管顯示代碼，并送到LED

23、數(shù)碼管上顯示。鍵盤模塊設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，使標(biāo)準(zhǔn)值可變，應(yīng)用范圍更廣泛，另外還設(shè)定開啟鍵以及設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值時避免輸錯的退格鍵和重輸?shù)膹?fù)位鍵，只有在開啟鍵按下時，才啟動單片機(jī)工作，數(shù)據(jù)才會被采集處理。圖 3-6 系統(tǒng)總體框圖3.3 模塊設(shè)計3.3.1 處理模塊單片機(jī)最小系統(tǒng)是該測試儀器最為核心的部分，是數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)輸入輸出的重要通道。單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要有外部時鐘電路和手動復(fù)位電路兩個部分，如圖3-7所示。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)就構(gòu)成了外部振蕩方式。手動復(fù)位時，按下復(fù)位按鈕，電容C通過1k電阻迅速放電，使RST端迅速變?yōu)楦唠娖剑瑥?fù)位按鈕松開后，電容通過R和內(nèi)部下拉電阻放電，

24、逐漸使RST端恢復(fù)為低電平。圖 3-7 單片機(jī)的最小系統(tǒng)3.3.2 顯示模塊顯示模塊主要由兩個4位動態(tài)共陽數(shù)碼管、三極管9012、74LS138譯碼器和74LS373鎖存器組成。高3位顯示為測量值，低3位顯示為設(shè)定值，其連接圖如圖3-8所示。位選由74LS138譯碼器控制輸出7個高電平和1個低電平，通過三極管9012為PNP型低電平導(dǎo)通的特性，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)位的導(dǎo)通并顯示。再通過P0口連接74LS373鎖存器，將字型碼輸入到LED顯示字型，從而達(dá)到動態(tài)顯示的目的。圖 3-8 顯示模塊電路3.3.3 鍵盤模塊鍵盤模塊是測試儀的外部控制模塊。其功能是對測試儀設(shè)定初值，然后是啟動、撤銷、重啟等鍵對測試儀的

25、直接控制。本課題采用的是4×4 矩陣式鍵盤，其排列和連接如圖3-9所示。S1至S10鍵是0-9的十個數(shù)字鍵，用于輸入初始設(shè)定值。S14鍵是退格鍵，在輸入出錯時退一格重輸。S15鍵是復(fù)位鍵，如果想重新開始或者重新測量時直接按復(fù)位鍵再設(shè)定。S16 鍵是確認(rèn)鍵也稱啟動鍵，在輸入設(shè)定值后按下就開始工作了。圖 3-9 矩陣式鍵盤連接電路工作原理：當(dāng)無按鍵閉合時，P10-P13與P14-P17之間開路。當(dāng)有鍵閉合時，與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路。判斷有無按鍵按下的方法是：第一步，置列線P14-P17為輸入狀態(tài)，從行線P10-P13輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該列線上有

26、鍵閉合。第二步，行線輪流輸出低電平，從列線P14-P17讀入數(shù)據(jù)，若有某一列為低電平，則對應(yīng)行線上有鍵按下。綜合一二兩步的結(jié)果，可確定按鍵編號。但是鍵閉合一次只能進(jìn)行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進(jìn)行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會連續(xù)多次進(jìn)行同樣的鍵操作。3.3.4 A/D 轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)的采集主要通過酒精傳感器獲得。酒精傳感器的內(nèi)部有一個氣敏電阻，只對酒精敏感，只要接觸到酒精，其阻值就會變化，從而得到數(shù)據(jù)為一個0-5V的電壓值。而A/D轉(zhuǎn)換模塊則是將傳感器測試出來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入單片機(jī)，便與單片機(jī)對數(shù)據(jù)的處理。本課題A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809（如圖3-10）這塊芯片，

27、具有8路模擬量輸入，可在程序控制下對任意通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，輸出8位二進(jìn)制數(shù)字量。圖 3-10 ADC0809芯片引腳ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理是在工作時鐘CLK控制下，選通某個輸人回路模擬電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。啟動轉(zhuǎn)換開始后，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的EOC輸出變?yōu)榈碗娖?，并且在整個模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中保持低電平。完成一位數(shù)字轉(zhuǎn)換需要8個時鐘(CLK)周期，完成八位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要64個時鐘(CLK)周期，每次模數(shù)轉(zhuǎn)換過程結(jié)束時，EOC輸出返回高電平。圖3-11是ADC0809與8951接口連接圖。ADC0809的轉(zhuǎn)換時鐘有單片機(jī)的ALE提供。ADC0809 是帶有8:1多路模擬開關(guān)的8位A/ D轉(zhuǎn)換芯片，所

28、以它可有8個模擬量的輸入端，由芯片的A，B，C三個引腳來選擇模擬通道中的一個。由于本課題只有一個信號輸入，所以A，B，C三端全部接地。地址鎖存信號(ALE)和啟動轉(zhuǎn)換信號（START），由單片機(jī)的P3.5口控制。輸出允許位OE由單片機(jī)的P3.3控制，這樣可以使數(shù)據(jù)輸出達(dá)到準(zhǔn)確性和實(shí)時性。圖 3-11 單片機(jī)與ADC0809 的連接方式3.3.5 聲音報警模塊警報模塊主要是從單片機(jī)P3.7口一個數(shù)據(jù)輸出的高低來控制三極管的導(dǎo)通與否，從而控制蜂鳴器是否響起。聲音報警系統(tǒng)設(shè)計的比較簡單，如圖3-12所示由P3.7輸出一個電平的高低決定。如果輸出電平為高，則三極管9012不導(dǎo)通，蜂鳴器沒有啟動電源，不

29、會響起。反之，如果P3.7輸出為低電平，則三極管導(dǎo)通，蜂鳴器接通電源響起，說明檢測的酒精濃度超標(biāo)。如圖 3-12 聲音報警電路3.3.6 電源模塊將220V電壓經(jīng)過變壓器變換后為12V，然后再經(jīng)過穩(wěn)壓電源電路變成5V穩(wěn)壓電源為單片機(jī)供電。穩(wěn)壓電源電路采用7805集成穩(wěn)壓芯片。如圖3-13所示，這是一個輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，四個二極管構(gòu)成全波整流電路，C1，C2分別為輸入端和輸出端的濾波電容，其中7805應(yīng)配上散熱板。圖3-13 7805集成穩(wěn)壓電路第四章 軟件設(shè)計4.1 主程序流程概述圖4-1 主程序流程圖先制定主程序流程圖，然后可分為各個子模塊區(qū)分別實(shí)

30、現(xiàn)其功能。最終完成檢測并送數(shù)碼管顯示，可以看到空氣中酒精濃度與設(shè)定值之間相差范圍，并及時采取相關(guān)措施，與設(shè)定閥值相比較，如果大于閥值，則通過揚(yáng)聲器發(fā)出報警。另外89C52有復(fù)位電路，每一次檢測到之后可復(fù)位，等待下次報警。操作非常簡單，實(shí)用性好。先調(diào)用讀取AD轉(zhuǎn)換數(shù)值子程序，然后調(diào)用讀取鍵值子程序，如果是有效按鍵，則送到數(shù)碼管顯示，之后進(jìn)行設(shè)定值與檢測值得比較，如果設(shè)定值小于比較直，就報警。大于設(shè)定值，返回開始繼續(xù)執(zhí)行檢測。由于個子模塊非常清楚，是軟件的設(shè)計思路很清晰，更容易實(shí)現(xiàn)，匯編語言邏輯上很清晰，調(diào)理性好，方便易懂，錯誤容易檢查，給以后的維護(hù)和改動帶來很大方便。4.2 鍵盤掃面子程序圖4-

31、2 鍵盤掃描子程序流程圖4×4鍵盤的工作原理接口及工作原理： 首先判別鍵盤中有無按鍵按下，鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能,使用上述方法我們得到16個鍵的特征編碼。根據(jù)按鍵的特征編碼，查表得到按鍵的順序編碼。將16個鍵的特征編碼按順序排成一張表，然后用當(dāng)前讀得的特征編碼來查表，當(dāng)表中有該特征編碼時，它的位置就是對應(yīng)的順序編碼。特征編碼與順序編碼的對應(yīng)關(guān)系： TAB

32、（KEYTABLE）: DB 0xEEH,0xEDH,0xEBH,0xE7H,0xDEH ;0,1,2,3,4, 順序碼 DB 0xDDH,0xDBH,0xD7H,0xBEH,0xBDH ;5,6,7,8,9, DB 0xBBH,0xB7H,0x7EH,0x7DH,0x7BH ;A,B,C,D,E, DB 0x77H,0xFFH ;F, 0FF為結(jié)束碼4.3 A/D轉(zhuǎn)換與比較子程序流程圖圖4-3 A/D轉(zhuǎn)換與比較子程序流程圖最后通過主函數(shù)調(diào)用各子函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了通過酒精濃度傳感器，把空氣中酒精濃度轉(zhuǎn)化為電信號，通過A/D轉(zhuǎn)換TLC549送入單片機(jī)89C52中經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可以實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管對空氣中

33、酒精濃度101000ppm范圍的檢測，另外通過鍵盤設(shè)置閥值在另外四位數(shù)碼管顯示，如果空氣中檢測到的酒精濃度大于設(shè)置濃度則通過蜂鳴器報警，一個完整的酒精測試儀的功能。結(jié) 論本設(shè)計介紹的酒精檢測儀是以STC89C51單片機(jī)作為核心控制器設(shè)計的，它具有體積小、操作簡單、性能穩(wěn)定和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)生活的需要提出對氣體檢測儀的設(shè)計功能及要求，然后由這些具體現(xiàn)有的設(shè)計條件設(shè)計出了適合的硬件級軟件，并將兩者進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)功能要求。它是利用單片機(jī)在控制方面的優(yōu)勢，并綜合運(yùn)用現(xiàn)代檢測技術(shù)、微控制技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和通信技術(shù)以及LED顯示技術(shù)而設(shè)計的數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)時、準(zhǔn)確的測量環(huán)境中的酒精濃

34、度。通過本次設(shè)計體驗(yàn)，讓我對智能儀器的設(shè)計有了更好地了解，對自動化控制有了更濃厚的興趣?？傊?，這次課程實(shí)踐讓我受益匪淺。參考文獻(xiàn)1程德福,王君.傳感器原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20072趙廣林. protel99電路設(shè)計與制版.北京：電子工業(yè)出版社，20053王洪君.單片機(jī)原理及應(yīng)用.濟(jì)南：山東大學(xué)出版社.20094王祁.智能儀器設(shè)計基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20095李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版,2006.126錢逸秋.單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京:電子工業(yè)出版社,20027張迎新等.單片機(jī)初級教程.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999 8卜云峰.檢測技術(shù).

35、北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.19王俊峰等.現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.8參考程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN: SETB P3.7 ；程序初始化 MOV R3, #04H ；輸入處值次數(shù) MOV 66H, #00H ；確認(rèn)鍵標(biāo)志位 MOV 30H, #00H ；初始顯示0 MOV 31H, #00H MOV 32H, #00H MOV 33H, #10H MOV 34H, #10H MOV 35H, #00H MOV 36H, #00H MOV 36H, #00HSTART: LCALL XIANSHI ；主程序調(diào)用顯示 LCALL

36、 KEY ；調(diào)用鍵盤掃描 MOV A, 66H ；確定鍵值送給A JZ START ；判斷A為1則確定鍵按下，否則沒按下返回STSRTLCALL AD ；調(diào)用AD轉(zhuǎn)換程序 LCALL BIJIAO ；調(diào)用比較程序 SJMP START ；循環(huán)KEY： MOV P1，#0F0H ；鍵盤掃描程序KEY0：MOV A，P1 CPL A ANL A，#0F0H MOV R7，A JZ GRET ；全零無鍵按下，返回KEY1：MOV P1，#0FH MOV A，P1 CPL A ANL A，#0FH MOV R2，A JZ GRET ；全零無鍵按下，返回 JBC F0，WAIT ；已有消抖標(biāo)志，跳轉(zhuǎn)等待

37、 SETB F0 LCALL T10MSD ；延時消抖 SJMP KEY MOV P1，#0FHWAIT：MOV A，P1 ；等待按鍵釋放 CPL A ANL A，#0FH JNZ WAITKEY2：MOV A，R7 ；循環(huán)查詢計算鍵碼 MOV R7，#03H MOV 60H，#03H CLR CKEY3：RLC A JC KEY4 DEC R7 DJNZ 60H，KEY3KEY4：MOV A，R2 MOV R2，#00H MOV 60H，#03H CLR CKEY5：RRC A JC KEY6 INC R2 DJNZ 60H，KEY5KEY6：MOV A，R2 CLR C RLC A RLC

38、 A ADD A，R7 ；鍵碼存在A=行編號*4+列編號 CJNE A，#0EH，TUIGE ；復(fù)位判斷PUWEI：LJMP MAIN ；復(fù)位返回初始化TUIGE：CJNE A，#0DH，QUEREN ；判斷是否為退格鍵，是則順序執(zhí)行 MOV 66H，#00H ；確認(rèn)鍵值零，不執(zhí)行AD和比較程序 INC R3 ；初值標(biāo)志位加1 MOV 30H，00H ；將30H位置0往前送 MOV A，30H ；放到A送下一位 XCH A，32H ；順序下去實(shí)現(xiàn)退格 XCH A，31H XCH A，30H RETQUEREN：CJNE A，#0FH，PANDUAN ；判斷是否為確認(rèn)鍵，是則順序執(zhí)行 MOV 6

39、6H，#01H ；是確認(rèn)鍵，標(biāo)志位置1 RETPANDUAN：CLR C ；CY位置清零 CJNE A，#0AH，JX ；判斷A是否等于10，等于則輸入無效，重新輸入 SJMP KEYJX： JC CUN ；CY位為1，調(diào)用存儲程序 SJMP KEY ；鍵碼A大于9，輸入無效，返回主程序CUN： DEC R3 ；鍵碼小于10，存下 CJNE R3，#00H,CUNXIA ；判斷輸入初值個數(shù)是否為3，R3為0則不能在輸入 MOV R3，#01H RETCUNXIA：XCH A，30H ；逐位移動存入3032H XCH A，31H XCH A，32HGRET： RETAD： MOV P3，#111

40、1010111B ；AD轉(zhuǎn)換子程序LOOP0：CLR P3.5 ；置P3.5低電平 SETB P3.5 ；置P3.5高電平 CLR P3.5 ；置P3.5低電平,下降沿啟動AD轉(zhuǎn)換LOOP1：JNB P3.6，LOOP1 ；判斷P3.6是否為高電平，不是則等待 SETB P3.3 ；置P3.3為高電平，開啟數(shù)據(jù)輸出 MOV A，P2 ；將AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送入A CLR P3.3 ；關(guān)閉數(shù)據(jù)輸出 MOV B，#100 ；數(shù)據(jù)處理 DIV AB ；數(shù)據(jù)除100得百位 MOV 40H，A ；百位存入40H MOV A，B MOV B，#10 DIV AB ；數(shù)據(jù)除10得出十位 MOV 41H，A MOV

41、 A，B MOV 42H，B ；個位存入42H MOV B，#19 MUL AB MOV B，#10 DIV AB MOV 43H，A ；進(jìn)位存43H MOV A，B RL A ；余數(shù)*2 MOV B，#10 DIV AB MOV 46H，A ；進(jìn)位存46H MOV 34H，B ；顯示0.00× MOV A，41H ；取出十位 MOV B，#19 MUL AB MOV B，#10 DIV AB MOV 44H，A ；進(jìn)位存44H MOV A，B ADD A，43H ；加前面進(jìn)位 MOV B，#10 DIV AB ADD A，44H ；有進(jìn)位再加 MOV 44H，A ；再存44H做進(jìn)位

42、 MOV A，B RL A ；余數(shù)*2 MOV B，#10 DIV AB MOV 47H，A ；進(jìn)位存下 MOV A，B ADD A，46H ；余數(shù)+前一進(jìn)位 MOV 35H，A ；顯示0.0× MOV A，40H ；取出百位 MOV B，#19 MUL AB MOV B，#10 DIV AB MOV 45H，A ；進(jìn)位存45H待用 MOV A，B ADD A，44H ；余數(shù)加前一進(jìn)位 MOV B，#10 DIV AB MOV 48H，A ；商給48H待用 MOV A，B RL A ；余數(shù)*2 MOV B，#10 DIV AB MOV 49H，A ；進(jìn)位存49H MOV A，B ADD A，47H ；余數(shù)加前一進(jìn)位 MOV 36H，A ；顯示0.0× MOV A，48H ADD A，45H RL A ADD A，49H MOV B，#10H DIV AB MOV 37H，B JNZ BAOJING ；溢出報警 RETXIANSHI：MOV R6，#08H ；密碼顯示輸出主程序 MOV R1，#37H ；從37H位開始顯示 MOV P3，#10000111B ；置P3初值LOOP：MOV DPTR，