基于單片機的酒精氣體檢測系統(tǒng)設(shè)計【文獻綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計文獻綜述題目：基于單片機的酒精氣體檢測系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)：電子信息工程1前言氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，從工廠企業(yè)到居民家庭，酒精泄露的檢測、監(jiān)控以及對酒后駕車的檢測對居民的人身和財產(chǎn)安全都是十分重要且必不可少的?，F(xiàn)如今，由于人們的安全意思增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求的提高，再加上氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向的發(fā)展，因此，酒精濃度檢測儀具有十分廣闊的顯示市場和潛在的市場要求。單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬

2、調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。單片機內(nèi)部也和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。在計算機出現(xiàn)以前，有不少能工巧匠做出了不少精巧的機械。進入電器時代后，

3、人們借助電氣技術(shù)實現(xiàn)了自動控制機械，自動生產(chǎn)線甚至自動工廠，并且大大地發(fā)展了控制理論。然而，在一些大 中型系統(tǒng)中自動化結(jié)果均不理想。只有在計算機出現(xiàn)后，人們才見到了希望的曙光。如今借助計算機逐漸實現(xiàn)了人類的夢想。但是，計算機出現(xiàn)后的相當長的時間里，計算機作為科學武器，在科學的神圣殿堂里默默地工作，而工業(yè)現(xiàn)場的測控領(lǐng)域并沒有得到真正的應(yīng)用。只有在單片機（Microcontroller)出現(xiàn)后，計算機才真正地從科學的神圣殿堂走入尋常百姓家，成為廣大工程技術(shù)人員現(xiàn)代 化技術(shù)革新，技術(shù)革命的有利武器。目前，單片機在民用和工業(yè)測 控領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用。彩電，冰箱，空調(diào)，錄像機，VCD，遙 控器，游戲機

4、，電飯煲等無處不見單片機的影子，單片機早已深深地溶入我們每個人的生活之中。傳感器頭是酒精氣體濃度檢測中感受酒精的重要部分。目前，所設(shè)計的該類多選用以二氧化錫為基本材料，添加不同物質(zhì)制成的氣敏傳感器。本文所選用的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(jié)層構(gòu)成，靈敏度高，響應(yīng)速度快，可靠性好，也有選用以其他氧化物為基本材料制成的傳感器，如二氧化鈦作為氣體傳感器材料。雖然目前的二氧化鈦薄膜有電阻高、工作溫度高、敏感性差的缺點，但是二氧化鈦薄膜有良好的電學性能、優(yōu)異的光學性能、化學穩(wěn)定性高、機械強度高，且可用于多種氣體檢測。單片機在整個傳感器中起操作和相應(yīng)數(shù)據(jù)處理兵顯示的作用，是系

5、統(tǒng)設(shè)計的核心部分。目前，氣敏傳感器已有較高的精度，可達萬分之一以上。隨著材料發(fā)展和新加工技術(shù)的提高，有了高可靠性和低功耗的氣體傳感器，智能化數(shù)字化的氣體傳感器客服了目前氣敏傳感器人工測試帶來的效率低，誤差大和操作人妖長時間工作等問題。傳統(tǒng)的氣體檢測方法是使用一個傳感器進行檢測，但由于單一傳感器存在交叉敏感的問題，這種方法對混合氣體的檢測無能為力。因此，本文基于單片機的特點，從而實現(xiàn)對酒精汽油混合氣體中酒精濃度的識別。系統(tǒng)以AT89C51單片機芯片作為控制核心，采用MQ-3型酒精氣體傳感器作為數(shù)據(jù)采集單元，對混合氣體進行信號采集，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將采集的模擬信號數(shù)字化，利用單片機對信號進行處理，通

6、過顯示器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。最后，利用研制的系統(tǒng)對不同濃度酒精和汽油的混合氣體進行測量，對測試數(shù)據(jù)利用單片機進行定量識別，實現(xiàn)了酒精與汽油混合氣體中的酒精濃度的識別。基于單片機的酒精濃度檢測以單片機和酒精傳感器為核心，具有聲光報警功能及LED顯示功能。根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值，超過閾值即進行聲光報警，提示危害。采用匯編語言來實現(xiàn)其軟件功能，該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計簡單，軟件功能完善、靈敏度高、工作性好，并且具有尺寸小、方便攜帶的優(yōu)點。1-52酒精氣體檢測系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和方向酒精濃度檢測儀主要是用來檢測酒精濃度的，它主要由酒精傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機、LCD顯示、鍵盤以及聲音報警構(gòu)成。酒精傳感

7、器將檢測到的酒精濃度轉(zhuǎn)化為電信號，然后將電信號傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號傳給單片機，單片機對所輸入的數(shù)字信號進行分析處理，最后將分析處理的結(jié)果通過顯示器顯示出來。由于不同的環(huán)境對酒精濃度的要求也不一樣，所以，可以通過鍵盤來設(shè)定不同環(huán)境中酒精濃度的不同閥值，如果所檢測到的空氣中的酒精濃度超過了所設(shè)定的閥值，那么單片機將會控制蜂鳴器發(fā)出聲音警報。使用單片機來檢測酒精氣體有以下優(yōu)點：（1） 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機為控制核心，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，用戶就可以與之進行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、計算、分析等。 （2） 系統(tǒng)具有低功耗

8、、小型化、高性價比等特點。 （3） 鍵盤控制、液晶顯示，使得儀表操作簡單，人機交互方便。（4） 軟件系統(tǒng)采用匯編語言，在兼顧實時性處理的同時也很方便地進行數(shù)據(jù)處理（5） 測量精度高、響應(yīng)時間快，能檢測到ppm級的酒精氣體濃度。單片機不同于一般計算機主要是實現(xiàn)高速海量的運算，強調(diào)計算機的運行速度，單片機由于受到儲存空間的制約只能寫入一定大小的特定程序，實現(xiàn)特定的功能。這種方式更適合工業(yè)控制領(lǐng)域所強調(diào)的是對控制對象的控制方式和控制能力。所以，單片機的應(yīng)用意義遠不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計思想，是控制技術(shù)的一次革命?？梢哉f，二十世紀跨越了三

9、個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能

10、型”，如智能型洗衣機等。單片機廣泛應(yīng)用于各類智能化設(shè)備，大致可分如下幾個范疇：1.測控系統(tǒng)用單片機可以構(gòu)成各種不太復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等, 達到測量與控制的目的。2.智能儀表用單片機改造原有的測量、控制儀表, 促進儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化方向發(fā)展。3.機電一體化產(chǎn)品單片機與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品相結(jié)合, 使傳統(tǒng)機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化, 控制智能化。4.智能接口在計算機控制系統(tǒng), 特別是在較大型的工業(yè)測、控系統(tǒng)中, 用單片機進行接口的控制與管理, 加之單片機與主機的并行工作, 大大提高了系統(tǒng)的運行速度。5. 智能民用產(chǎn)品如在家用電器、玩具、游戲機、聲像設(shè)備、電

11、子秤、收銀機、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品中, 單片機控制器的引入, 不僅使產(chǎn)品的功能大大增強, 性能得到提高, 而且獲得了良好的使用效果。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。在我國推廣使用單片機，具有特別重要的意義.它將有助于我國各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代.隨著具有高速運算與數(shù)據(jù)處理能力的16位單片機的出現(xiàn)，單片機也開始滲透到數(shù)據(jù)處理的領(lǐng)域。6-10當今智能電子密碼鎖發(fā)展已經(jīng)到了非常高的境界，國外單片機發(fā)展現(xiàn)狀由于電子元件特別是單片機應(yīng)用在這幾年得到空前發(fā)展，無論功能性，穩(wěn)定性都比較全面，在保密方面已做到人眼識別，指紋識別，單片機開發(fā)板人聲識

12、別基本上電影上有的現(xiàn)實也有。在國外發(fā)展比較早，所以應(yīng)用也比較廣泛，主要在家庭裝較貴重地方，銀行，保險柜等應(yīng)用較多，在國內(nèi)這方面發(fā)展也較快，不管自己開發(fā)或是引進都有，在重要地方應(yīng)用也較多，由于價錢比普通彈子鎖較貴，早幾年應(yīng)用較少，現(xiàn)在越來越普及到平常化，未來的發(fā)展也會越來越被大眾采用，由于它的功能、安全是彈子鎖無法相比的。發(fā)展前境是非常大的。單片機是工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)最理想的機種，在國外已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。由于氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測已經(jīng)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)揮著極其重要的作用。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測出來，并轉(zhuǎn)化為電信號的一類器件，用來對有

13、害氣體，易燃易爆氣體等進行安全檢測和報警，對生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)有了較快的發(fā)展，但與國外相比，從技術(shù)水平，產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等領(lǐng)域均存在著不小的差距。目前，氣敏傳感器領(lǐng)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(jié)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(yīng)，產(chǎn)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(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。

14、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11-153總結(jié)綜上所述，基于單片機的酒精氣體檢測系統(tǒng)，具有體積小、使用方便的特點，采用MQ-3型酒精氣體傳感器對酒精氣體濃度進行檢測，并通過單片機對傳感器的輸出信號進行處理，最終進行顯示和報警，達到自動檢測的目的。軟件部分采用模塊化設(shè)計，各子程序的功能相對獨立，便于實時的調(diào)試和修改。4參考文獻1 張偉.單片機原理及應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社,2002. 2 施文康.檢測技術(shù)M.北京:機械工業(yè)出版社, 2002. 3 趙保經(jīng).微電子技術(shù)與新技術(shù)革命M.國防工業(yè)出版社, 1985.74 謝宜仁.單片機硬件

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