畢業論文-基于at89s51單片機與mq-3型氣體傳感器的酒精濃度檢測儀的設計-資料下載頁

【導讀】料。傳！djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#&#849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQ@Gn8xp$R#&#849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vST#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#&#849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^G89AmUE9aQ@Gn8xp$R#&#849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#&#849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQ@Gn8xp$R#&#849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!

　　

【正文】 大誤差為 %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，模數轉換，單片機 3 Abstract Different concentrations of alcohol 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 MQ3. At the same time the concentration is displayed 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 MQ3 gas sensor, and connecting it to a testing part of the alcohol gas concentration。 Analog voltage signal amplification to drive lightemitting diode light to alarm。 conversing the voltage signal through the A/D conversion at the control of the singlechip, 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 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 test the error is small with the maximum error %, 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 treated as 4 linear relationship. The design of sensor can detect different the alcohol gas with different concentration. It plays an important role to solve the drunkdriving accidents and alcohol testing for special occasions after improvement. Key Words: Gas sensor, A/D conversion, Singlechip Microputer 1 緒論 設計背景 我國傳感器市場的增長率超過 15%， 2020 年銷售額為 186 億元人民幣， 2020 年銷售額為 283 億元人民幣，預計 2020 年為 325億元人民幣， 2020 年為 374 億元人民幣。我國傳感器 4 大類中，工業和汽車電子產品占市場份額的 %。近年來，傳感器正處于傳統型向新型傳感器轉型的發展階段，新型傳感器的特點是微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化，它將不僅促進系統產業的改造，而且可導致建立新型工業和軍事變革，是 21世紀新的經濟增長點。 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居住環境不可缺少的手段，氣體傳感器發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有了較快的發展，但與國外相比，從技術水平，產業化及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，將會改變元件的選擇性，降低其敏感度和穩定性，另外催化劑本身也存在著不穩定性問題。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。 氣敏傳感器的研究現狀 氣敏元件性能與敏感功能材料的種類、結構及制作工藝密切相關。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 優點而得到廣泛的應用，目前仍以 SnO2材料為主。 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 SnO2的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩定性不高。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 5 氣膜來獲得選擇性，控制工作溫度及環境濕度影響，改進制備等方法可以改善 SnO2傳感器的氣敏性能。 納米科學 技術 (Nano— ST)是研究尺寸在 — 100nm 的物質組成體系的運動規律和相 互作用以及可能的實際應用中的技術問題的科學技術。納米技術的發展，不僅為傳感器提供了優良的敏感材料，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，在己獲得明顯進展的納米傳感領域中尚存在很多問題，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。 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 MQ3 型 半導體氣敏傳感器，它采用旁熱式結構，陶瓷管內裝有高阻抗加熱絲，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。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發生變化，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煙機工作。 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 ‰ 增至 1‰ ，發生車禍的可能性便增加 5 倍，如果增至 ‰ ，可能性再增加 6倍。 機動車駕駛人員“酒后駕車” 及“醉酒駕車”極易發生道路交通事故 , 嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產安全。人飲酒后 , 酒精通過消化系統被人體吸收 , 經過血液循環 , 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著傳感頭使勁吹氣，儀器就能發上顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機是否酒后駕車，避免事故的發生。當然，最好的辦法是在車內安裝這種測試儀，司機一進入車內檢測儀就檢測司機的酒精含量，如果超出允許值，系統控制引擎無法啟動，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，可隨時檢測車間內的酒精氣體濃度，當酒精氣體濃度高于允許限定值時，發出警報，提醒人們及時通風換氣，做到安全生產。 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，對氣體傳感器 MQ3 按檢測電路，接上一定阻值的負載電阻，檢測它的技術參數，確定 MQ3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字信號，再由單片機作相應的數據處理；發光二極管報警顯示和 3 個單位 8 段共陰數碼管濃度值顯示。 (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 6 區間的轉換標準，并將每個區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。 (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 個主要問題。一是外界環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內，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內環境來測量。水蒸氣對 MQ3 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間，待其穩定后再測量。再通過反復多次測量多組數據，求其平均值的方法來縮小測量誤差。 7 2 硬件電路設計與實現 單片機開發流程 (1)可行性調研。可行性調研的目的，是分析完成這個項目的可能性。進行這方面的工作，可參考國內外有關資料，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這個環節，首先從理論上進行分析，探討實現的可能性，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，根據系統的不同部分和要實現的功能，參考國內外同類產品的性能，提出合理而可行的技術指標，編寫出設計任務書，從而完成系統總體方案設計 。 (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、提高系統的靈活性與通用性方面考慮，提倡軟件能實現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，因此系統的軟硬件功能分配應根據系統的要求及實際情況而合理安排，統一考慮。在確定軟硬件功能的基礎上，設計者的工作 就開始涉及到具體的問題，如儀器的體積及與具體技術指標相對應的硬件實現方案，軟件的總體規劃等。在確定人員分工、安排工作進度、規定接口參數后，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經過調研、總體設計、硬件軟件設計、制版、元件安裝后，在系統的程序存儲器中放入編制好的應用程序，系統即可運行。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 數據性能和結果，從而進行模擬現場的真實調試。 硬件系統框圖 基于 AT89S51 單片機用 MQ3 型氣體傳感器實現酒精氣體濃度的