參考成果講稿lw

1、密級:學(xué)號:110205010024本科生畢業(yè)設(shè)計 （）濃度檢測儀的設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)專 班 學(xué)生指導(dǎo)院：信息業(yè)：電子信息工程級：10統(tǒng)本電子1班：江：完成日期：2014年5月2日學(xué)士本人鄭重申明：所呈交的性申明（設(shè)計）是本人在指導(dǎo)的指導(dǎo)下進行取得的研究成果。除了文中特別加以標注的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)或撰寫的成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全本申明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名（手寫）：簽字日期：年月日使用書本作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)部門或機構(gòu)送交的復(fù)印件和，被查江西科技學(xué)院可以將本閱和借閱。

2、本人的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等保存和匯編本學(xué)位。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“” ）作者簽名（手寫）：指導(dǎo)簽名（手寫）：2本屬于保密 ， 在年后適用本書。不。簽字日期：年月日簽字日期：年月江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）摘要本文首先介紹了濃度檢測儀的發(fā)展和應(yīng)用，闡述了基于氣敏傳感器的濃度傳檢測電路的工作原理。用單片機作為設(shè)計了濃度檢測電路，包含了感器電路，顯示電路，蜂鳴器電路等重要的模塊。最后還有濃度檢測電路的制作和調(diào)試，該系統(tǒng)通過LED數(shù)碼管顯示所測氣體中的濃度值所對應(yīng)的電壓值，超過所設(shè)閥值后實現(xiàn)功能。：傳感器；單片機；I江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）Abst

3、ractIn the beginning of this article, the development and the applying of the alcoholconcentration detector is detection circuit which is detection circuit, includingand buzzer alarm circuit,introduced, and the principle of the alcohol concentration based on the gas sensor is expounded. Alcohol conc

4、entration some important module like alcohol sensor circuit, show circuitis designed with SCM as its control core. Furthermore,.Finally,the creation and commissioning of the alcohol concentration detection circuit is finished.This system shows the value of the alcohol concentration through LED visua

5、l displayunit.Once the value exceeds the threshold set,thealarmfunctionwillbeimplemented.Keywords:alcoholsensor;SCM;alarmII江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）摘要12Abstract第1章 引言1123335551.1 課題的背景和意義1.2 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況第2章 方案論證及選擇2.1檢測設(shè)備2.2 單片機的對比與選擇第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.13.23.3的主要工作系統(tǒng)總體框圖電路5傳感器3.3.13.3.23.3.33.3.43.3.5氣敏傳感器56傳感器的性能指標氣敏電

6、阻的工作原理及其特性7 MQ-3傳感器8傳感器應(yīng)用電路93.4 LED顯示電路設(shè)計93.5電路設(shè)計1011123.6 51單片機的介紹3.6.1 51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.6.2 51單片機引腳說明3.7 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計141415第4章 軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計4.14.24.3總體流程圖16A/D轉(zhuǎn)換程序16171919聲光程序第5章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 排除電源故障5.2 硬件調(diào)試5.3 調(diào)試故障及 191924分析致謝III江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）第1章引言1.1課題的背景和意義近年來，隨著我國的高速發(fā)展，的生活水平迅速提高，越來越多的人有了自己的車，而酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。酒后

7、駕車引起的交通事故是由于司機的過量飲酒造成 制等癥狀。少量飲酒并過某一個值時就會引起。目前全世界絕大多數(shù)內(nèi)濃度過高，麻痹神經(jīng)，造成大腦反應(yīng)遲緩，肢體不受控有上述癥狀，即內(nèi)濃度比較低時，而內(nèi)超含量。為此，需要設(shè)計一智能儀器能夠監(jiān)測駕駛員體內(nèi)都采用呼氣測試儀對駕駛進行現(xiàn)場檢測，以確定被測量者體內(nèi)含量的多少，以確保駕駛員的生命安全。此外，空氣濃度監(jiān)測及工業(yè)場地儀還能監(jiān)測某一特定環(huán)境的濃度如生產(chǎn)車間可避免發(fā)生起火、等惡性事故，確保環(huán)境安全。本課題研究的是一種以氣敏傳感器和單片機為主，監(jiān)測空氣濃度，并具有聲光報警功能及LED顯示功能的空氣濃度監(jiān)測儀。其可監(jiān)測出空氣環(huán)境中濃度值，并根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的

8、閾值，對超過的閾值進行聲光來提示危害。從理論上說，要是否是酒后駕駛，最準確的方法應(yīng)該是檢查駕駛血液中的酒精含量。但是，在違章處理或者公路交通例行檢查中，要在現(xiàn)場抽取血液往往是不現(xiàn)實的，而送到醫(yī)院再抽取血液卻會因為路上所不同。最簡單可行的方法是現(xiàn)場檢測駕駛的時間使血液中的濃度與在現(xiàn)場時有呼氣中的含量。大量的統(tǒng)計研究結(jié)果表明，如果被測者深吸氣后以中等力度呼氣達三秒鐘以上，這時呼出的氣就是從肺部深處出來 的 氣 體 ， 呼 氣 中 的含 量 與 血 液 中 的含 量 就 有 如 下 關(guān) 系 ：BAC(in上式中，BAC是血液說，以每升多少毫克為mg/L) = BrAC(in mg/L)×2

9、200濃度的英文縮寫，BrAC則是呼氣濃度的縮寫。也就是的血液濃度在數(shù)值上相當(dāng)于以每升多少毫克為的呼氣濃度乘上系數(shù)2200（由于各國的情況不同，在美國此系數(shù)采用2000，而歐洲很多采用2100）。目前全世界幾乎所有檢測，以確定被測量者是否是酒后駕駛。都采用呼氣測試儀對駕駛進行現(xiàn)場1江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）1.2相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況我國測試儀器的普遍水平比較低；大型和高檔儀器設(shè)備幾乎全部依賴進口；許多急需的儀器還是空白；中低檔保證質(zhì)量上還有許多難關(guān)需要攻克，科技創(chuàng)新及其產(chǎn)業(yè)化進展滯緩。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成了CPU、器、定時器計數(shù)器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器甚至A/D、D/

10、A轉(zhuǎn)換器等電路在一塊上的超大規(guī)模集成電路，即單片機出現(xiàn)了。然后又以單片機為主體，將計算機技術(shù)與測量技術(shù)結(jié)合在一起，又組成了所謂的“智能化測量系統(tǒng)”，也就是智能儀器。與傳統(tǒng)儀器儀表相比，智能儀器具有以下功能特點：1操作自動化。儀器的整個測量過程如鍵盤掃描、量程選擇、開關(guān)啟動閉合、數(shù)據(jù)的、傳輸與處理以及顯示打印等都用單片機或微全部自動化。器來操作，實現(xiàn)測量過程的2具有自測功能，包括自動調(diào)零、自動故障與狀態(tài)檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉(zhuǎn)換等。智能儀表能自動檢測出故障的部位甚至故障的。這種自測可以在儀器啟動時運行，同時也可在儀器工作中運行，極大地方便了儀器的維護。3具有數(shù)據(jù)處理功能，這是智能儀器的

11、主要優(yōu)點之一。智能儀器由于采用了單片機或微器，使得許多原來用硬件邏輯難以解決或根本無法解決的問題，現(xiàn)在可以用軟件非常靈活地加以解決。例如，傳統(tǒng)的數(shù)字萬用表只能測量電阻、交直流電壓、電流等，而智能型的數(shù)字萬用表不僅能進行上述測量，而且還具有對測量結(jié)果進行諸如零點平移、取平均值、求極值、統(tǒng)計分析等復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理功能，不僅使用戶從繁重的數(shù)據(jù)處理中出來，也有效地提高了儀器的測量精度。4具有友好的人機能力。智能儀器使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的切換開關(guān)，操作只需通過鍵盤輸入命令，就能實現(xiàn)某種測量功能。與此同時，智能儀器還通過顯示屏將儀器的運行情況、工作狀態(tài)以及對測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時告訴操作的操作更加方便直觀

12、。，使儀器5具有控操作能力。2江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）第2章 方案論證及選擇2.1檢測設(shè)備在可以對氣體中1，含量進行檢測的設(shè)備有五種基本類型， 分別是：電2，3，池型（導(dǎo)外譜比電化體線學(xué)）半紅色型型型型4，氣體5，分色析由于價格和使用是否方便等因素所決定，目前普遍使用的只有電池型（電化學(xué)型）和半導(dǎo)體型二種。這二種能夠制造成便攜型呼氣測試器，適合于現(xiàn)場使用。半導(dǎo)體型采用氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器，這類半導(dǎo)體器件具有氣敏特性，當(dāng)接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加，它對外呈現(xiàn)的電阻值就降低，半導(dǎo)體型呼氣測試儀就是利用這個原理做成的。這種半導(dǎo)體在不同工作溫度時，對不同的氣體敏感程度是不同的，因此半導(dǎo)體

13、型呼氣測試儀中都采用加熱元件，把傳感器加熱到一定的溫度，在 該 溫 度 下 ， 該 傳 感 器 對具 有 最 高 的 敏 感 度 。電池型呼氣測試儀采用電池傳感器作為氣件，它屬于電化學(xué)類型，因此又稱為電化學(xué)型。電池是當(dāng)前全世界都在廣泛研究的環(huán)保型能源，它可以直接把可燃氣體轉(zhuǎn)變成電能，而不產(chǎn)生污染。作為傳感器只是電池的一個分支。電池傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室內(nèi)充滿了特種催化劑，它能使進入燃燒室內(nèi)的充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，也就是在二個電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負載上。此電壓與進入燃燒室內(nèi)氣體的濃度成正比，這就是電池型呼氣測試與半導(dǎo)體型相比，儀的基本工作原理。性好電池型呼氣測試儀具有穩(wěn)定

14、性好，精度高，的明顯優(yōu)點。但遺憾的是由于電池傳感器的結(jié)構(gòu)要求非常精密，制造難度相當(dāng)大，目前世界上只有美國、英國、德國等少數(shù)幾個能夠生產(chǎn)。因其材料成本高（相當(dāng)于半導(dǎo)體價格是半導(dǎo)體型傳感器的幾十倍），所以價格相當(dāng)昂貴，導(dǎo)致測試儀好幾倍的事實。電池型測試儀的2.2單片機的對比與選擇PIC16C924型單片機PIC16C924 是一種低價格、高性能、CMOS、全靜態(tài)、帶有集成LCD驅(qū)動器模塊和5通道8位高速A/D的8位微器。濃度檢測儀的設(shè)計當(dāng)中如選取以PIC16C924為，首先將會使設(shè)計價格變的便宜，其次，PIC16C924功能強大。由于它內(nèi)部已集成了A/D轉(zhuǎn)換器和LCD驅(qū)動器，使得許多硬件的功能可以

15、通過軟件來實現(xiàn)，從而，使它的3江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）電路簡單，的硬件設(shè)計更加簡潔，系統(tǒng)的可靠性得以提高。第三，軟件開發(fā)方便、快捷。PIC應(yīng)用程序的開發(fā)可采用硬件和軟件模擬兩種辦法，考慮到開發(fā)費用與開發(fā)進程兩方面因素，我們采用軟件模擬的辦法，即借助于PC機利用PCI模擬（）調(diào)試工具來完成。它用戶通過設(shè)置斷點，單步執(zhí)行等功能對目標程序進行調(diào)試，但是速度略顯慢些，而且實時性能差。故而不宜采用此種單片機4江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1的主要工作本設(shè)計采用MQ3氣敏傳感器，51單片機實現(xiàn)空氣器實時顯示。可以通過鍵盤設(shè)定閾值，超過閾值具有聲光下的工作：濃度實時測量，通過LE

16、D顯示功能。本文主要完成了以123456根據(jù)原理做出總體的電路框圖。分析每一步要實現(xiàn)的功能，并設(shè)計電路。 連接每個功能模塊并加入必要的接口電路。根據(jù)硬件連接圖和要實現(xiàn)的功能編寫軟件。進行軟硬件調(diào)試。分析調(diào)試中遇到的問題，提出改進的方案。3.2系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)選用51單片機為電路、AD轉(zhuǎn)換部分和鍵盤如圖3.1所示，由MQ-3傳感器電路、LED顯示部分、聲顯示五部分組成。光圖3.1 系統(tǒng)總框圖3.3傳感器電路3.3.1氣敏傳感器氣敏傳感器是用來檢測氣體濃度和成分的傳感器，它對于環(huán)境保護和安全監(jiān)督方面起著極重要的作用。氣敏傳感器是在各種成分的氣體中使用的，由于檢測現(xiàn)場溫度、濕度的變化很大，又存在大量

17、粉塵和油霧等，所以其工作條件較惡劣，而且氣體對傳感元件的材料會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)物，附著在元件表面，往往會使其性能變差。所以對氣敏傳感器有下列要求：能夠檢測氣體的濃度和其他標準數(shù)值的氣體濃度，能長期穩(wěn)定工作，重復(fù)性好，響應(yīng)速度快，共存物質(zhì)所產(chǎn)生的影響小等。5江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）3.3.2 傳感器的性能指標在檢測系統(tǒng)和科學(xué)實驗中，需要對各種參數(shù)進行檢測和，而要達到比較優(yōu)良的性能，則必須要求傳感器能夠感測被測量的變化并且不失真地將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量，這種要求主要取決于傳感器的基本特性。傳感器的基本特性主要分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。1、氣敏傳感器的動態(tài)特性傳感器的輸入信號是隨時間變化的動態(tài)信號，這

18、時就要求傳感器能時刻精確地跟蹤輸入信號，按照輸入信號的變化規(guī)律輸出信號。當(dāng)傳感器輸入信號的變化緩慢時，是容易跟蹤的，但隨著輸入信號的變化加快，傳感器隨動跟蹤性能會逐漸下降。輸入信號變化時，引起輸出信號也隨時間變化，這個過程稱為響應(yīng)。動態(tài)特性就是指傳感器對于隨時間變化的輸入信號的響應(yīng)特性，通常要求傳感器不僅能精確地顯示被測量的大小，而且還能復(fù)現(xiàn)被測量隨時間變化的規(guī)律，這也是傳感器的重要特性之一。傳感器的動態(tài)特性與其輸入信號的變化形式密切相關(guān)，在研究傳感器動態(tài)特性時，通常是根據(jù)不同輸入信號的變化規(guī)律來傳感器響應(yīng)的。實際傳感器輸入信號隨時間變化的形式可能是多種多樣的，最常見、最典型的輸入信號是階躍信

19、號和正弦信號。這兩種信號在物理上較容易實現(xiàn)，而且也便于求解。2、反映傳感器靜態(tài)特性的性能指標靜態(tài)特性是指檢測系統(tǒng)的輸入為不隨時間變化的恒定信號時，系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系。主要包括線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移，測量范圍，量程，精度， 分辨率和閾值以及穩(wěn)定性。(1) 線性度：指傳感器輸出量與輸入量之間的實際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。(2) 靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個重要指標。其定義為輸出量的增量y與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量x 之比。它表示輸入量的變化所引起傳感器輸出量的變化，顯然，靈敏度S 值越大，表示傳感器越靈敏。(3) 遲滯：傳感器在輸入量由小到大(正行程)及輸入量由大

20、到小(反行程)變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯。也就是說，對于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。(4) 重復(fù)性：重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。(5) 漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的有兩個方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境(如溫度、濕度等)。最常見的漂移是溫度漂移，即周圍環(huán)境溫度變化而引起輸出量的變化，溫度漂移主要表現(xiàn)為溫度零點漂移和溫度靈敏度漂移。溫度漂移通常用傳感器工作環(huán)境溫度偏離標準環(huán)境溫度(一般為20)時

21、的輸出值的變化量與溫度變化量之比(6) 測量范圍：傳感器所能測量到的最小輸入量與最大輸入量之間的范圍稱為傳感器6江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）的測量范圍。(7) 量程：傳感器測量范圍的上限值與下限值的代數(shù)差，稱為量程。(8) 精度：傳感器的精度是指測量結(jié)果的可靠程度，是測量中各類誤差的綜合反映， 測量誤差越小，傳感器的精度越高。傳感器的精度用其量程范圍內(nèi)的最大基本誤差與滿量程輸出之比的百分數(shù)表示，其基本誤差是傳感器在規(guī)定的正常工作條件下所具有的測量誤差，由系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩部分組成工程技術(shù)中為簡化傳感器精度的表示方法， 了精度等級的概念。精度等級以一系列標準百分比數(shù)值分檔表示，代表傳感器測量

22、的最大誤差。如果傳感器的工作條件偏離正常工作條件，還會帶來附加誤差，溫度附加誤差就是最主要的附加誤差。(9) 分辨率和閾值：傳感器能檢測到輸入量最小變化量的能力稱為分辨力。對于某些傳感器，如電位器式傳感器，當(dāng)輸入量連續(xù)變化時，輸出量只做階梯變化，則分辨力就是輸出量的每個“階梯”所代表的輸入量的大小。對于數(shù)字式儀表，分辨力就是儀表指示值的最后一位數(shù)字所代表的值。當(dāng)被測量的變化量小于分辨力時，數(shù)字式儀表的最后一位數(shù)不變，仍指示。當(dāng)分辨力以滿量程輸出的百分數(shù)表示稱為分辨率。閾值是指能使傳感器的輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零點附近的分辨力。有的傳感器在零位附近有嚴重的非線性，形成所謂“死

23、區(qū)”(dead band)，則將死區(qū)的大小作為閾值；。情況下，閾值主要取決于傳感器噪聲的大小，因而有的傳感器只給出噪聲電平(10) 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性表示傳感器在一個較長的時間內(nèi)保持其性能參數(shù)的能力。理想的情況是不論什么時候，傳感器的特性參數(shù)都不隨時間變化。但實際上，隨著時間的推移，大多數(shù)傳感器的特性會發(fā)生改變。這是因為敏感元件或 傳感器的部件，其特性會 隨 時 間 發(fā) 生 變 化 ， 從 而 影 響 了 傳 感 器 的 穩(wěn) 定 性 。穩(wěn)定性一般以室溫條件下經(jīng)過一規(guī)定時間間隔后，傳感器的輸出與起始標定時的輸出之間的差異來表示，稱為穩(wěn)定性誤差。穩(wěn)定性誤差可用相對誤差表示，也可用絕對誤差來表示。3.3

24、.3氣敏電阻的工作原理及其特性氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機理來進行檢測的。人們發(fā)現(xiàn)某些氧化物半導(dǎo)體材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有氣敏效應(yīng)。常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學(xué)氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器等。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面、鈀等稀有金屬催化絲通以電流，保持300400的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，層），使用可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此，鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學(xué)氣敏傳

25、感器一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還7江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動勢。半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特點，應(yīng)用極其廣泛；3.3.4MQ-3傳感器本設(shè)計采用的氣體傳感器為MQ-3，其實物外觀如圖3.2圖3.3。圖3.2MQ-3實物圖圖3.4傳感器的結(jié)構(gòu)與測試原理圖圖3.3MQN氣敏電阻結(jié)構(gòu)及測量電路其主要特點:1. 對乙醇蒸氣有很高的靈敏度和良好的選擇性；2. 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性；3.長期的和可靠的穩(wěn)定性；4.具有簡單的驅(qū)動回路。應(yīng)用:用于機動車駕駛它場所乙醇蒸氣的檢測。是否

26、酗酒及其它嚴禁酒后作業(yè)的現(xiàn)場檢測；也用于其8江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）3.3.5傳感器應(yīng)用電路圖3.5傳感器應(yīng)用電路3.4 LED 顯示電路設(shè)計在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，若顯示輸出是對電壓的量化值直接進行譯碼顯示輸出，其顯示值為D/A變換的輸入量，由于D/A變換與功率驅(qū)動電路引入的誤差，使得顯示值與電源實際輸出值之間就可能出現(xiàn)較大的偏差。我們知道顯示部分有兩種方案供選擇使用：方案一、靜態(tài)顯示利用串行通信，把要顯示的數(shù)據(jù)出來，放在臨時寄存器里，然后顯示數(shù)據(jù)值；只要我們的數(shù)據(jù)不改變，它是不變化的，而且它可以減輕器的負擔(dān)。同時用戶所看到的所顯示的值是穩(wěn)定的值，方案二、動態(tài)顯示出現(xiàn)閃爍，這些都很符合我們

27、的設(shè)計要求。其顯示值是不斷更新變化的，通過位選和列選來選中是哪一個數(shù)字顯示，利用人眼的滯留效應(yīng)，以很短的時間來一個一個的顯示；用戶所看到的是不穩(wěn)定的數(shù)值，在視覺上效果不好，而且數(shù)值的不斷循環(huán)顯示，給意看到的。動態(tài)掃描顯示是單片機中應(yīng)用最器增加了不必要的負擔(dān)。這是我們不愿的一種顯示方式。其接口電路是把所有顯示器的8個筆劃段dadp同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極com各自地受I/O線。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于com端，而這一端是由I/O的，因此就可以自行決定何時顯示哪一流各個顯示器的com端，使各個顯示器位了。所謂動態(tài)掃描

28、就是采用分時的方輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），但9江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）由于人的觀覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，有閃爍感。根據(jù)設(shè)計需要以及功能強弱，在本設(shè)計中顯示模塊采用方案二。如圖3.7圖3.6數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖圖3.7LED數(shù)碼管電路3.5系統(tǒng)電路設(shè)計輸出端為低電，經(jīng)過三極管放大有電流通過蜂鳴器，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音后作出相應(yīng)的提示或警告。蜂鳴器原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機IO引腳輸

29、出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。如圖3.810江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）圖3.8 蜂鳴器電路3.651單片機的介紹處理器CPU、隨機存取存單片機也稱單片微型電腦或單片微型計算機，就是把RAM、只讀器ROM、輸入/輸出端口I/O等主要的計算機功能部件，都集成在一塊集成電路的上，從而形成一部完整的微型計算機；具備計算機基本結(jié)構(gòu)，按計算機圖3.98051內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作機制運行，面對一個應(yīng)用程序很廣的任務(wù)群的數(shù)字的（數(shù)字加模擬的）集成電路。它是現(xiàn)代應(yīng)用電子技術(shù)的基本物質(zhì)、技術(shù)平臺，是計算機系統(tǒng)的低端，也是高端的鋪墊（是指嵌入在應(yīng)用對象中的計算

30、機系統(tǒng)，如鼠標、鍵盤），還是實施實用型開發(fā)的一大模型。單片機是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，具有性能高、速度快、體積小、價格低、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強等突出優(yōu)點。MCS51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的11江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（），該系列其它單片機都是在8051的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機，其經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強，內(nèi)

31、部以及低電壓底功耗。在增多，引角的多功能化，3.6.151單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051是MCS-51系列單片機的典型，其包含處理器、程序器(ROM)、數(shù)器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線據(jù)、地址總線和總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別簡要加以說明：處理器：處理器(CPU)是整個單片機的部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責(zé)制輸入輸出功能等操作。、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控·數(shù)據(jù)器(RAM)8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)單元和128個寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)的，寄存器只能用于

32、存放指令數(shù)據(jù)，用戶只能，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。·程序器(ROM)：8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。·定時/計數(shù)器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于向。·并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。·全雙工串行口：程序轉(zhuǎn)8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。

33、8051單片機的通訊方式有兩種：并行通訊:數(shù)據(jù)的各位同時· 串行接口結(jié)構(gòu)或接收。8051串行接口是一個可編程的全雙工串行通訊接口。它可用作異步通訊方式（ UART），與串行傳送信息的外部設(shè)備相連接，或用于通過標準異步通訊協(xié)議進行全雙工的8051多機系統(tǒng)也可以通過同步方式，使用TTL或CMOS移位寄存器來擴充I/O口。8051單片機通過引腳RXD（P3.0，串行數(shù)據(jù)接收端）和引腳TXD（P3.1，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界通訊。SBUF是串行口緩沖寄存器，包括寄存器和接收寄存器。它們有出現(xiàn)，因為它們兩個一個只能被CPU讀出數(shù)據(jù)，一個只12相同名字和地址空間，但江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）

34、能被CPU寫入數(shù)據(jù)。·中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)由與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器、中斷、順序邏輯電路等組成，包括5個中斷請求源，4個用于中斷的寄存器IE、IP、ECON和SCON來中斷 類弄、中斷的開、各種中斷源的優(yōu)先級確定。·時鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序器和數(shù)據(jù)器器與數(shù)據(jù)的形式，即哈佛器合二為一的(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后

35、續(xù)16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3.10MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖13江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）3.6.251單片機引腳說明MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。如圖圖3.11 51引腳圖3.7A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感器電路輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換為適合單片機處理的數(shù)字信號。本課題采用的是51系列單片機，自

36、身不帶A/D轉(zhuǎn)換功能，需另外再去選擇一塊專用A/D轉(zhuǎn)換（如ADC0808AD轉(zhuǎn)換），進而進行A/D轉(zhuǎn)換。原理圖如下：圖3.12 A/D轉(zhuǎn)換電路圖14江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）第4章 軟件結(jié)構(gòu)及設(shè)計軟件所要實現(xiàn)的功能是將通過精密放大器的傳感器信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的濃度信號PPM或mg/L， 最后送LED顯示器顯示。數(shù)字量進行一定處理， 轉(zhuǎn)化為主要功能包括：1濃度2·音可互換，PPM與mg/L互換。響提示。3·結(jié)果可重復(fù)顯示或恢復(fù)顯示。在程序的編寫過程中，考慮到可移植性和以后功能的升級，以及調(diào)試的方便性，采用模塊化設(shè)計。也就是說，將程序的某一部分換掉以后，可以作為

37、相應(yīng)的測試程序使用。比如，將可以實現(xiàn)的PPM和mg/L濃度表換成電壓與或電壓與濕度的轉(zhuǎn)換表，則測試或溫度測試。另外，除顯示子程序外，其他的濃度轉(zhuǎn)換子程序、重復(fù)顯示子程序、恢復(fù)顯示子程序、開關(guān)聲響子程序等可以任意拿掉而不影響整個程序的正常運行。本軟件的開發(fā)平臺為MPLAB IDE由于所運用到各種平臺工具的局限性及自身的能力問題，把濃度的檢測范圍只輸出端sp為低電后作出相應(yīng)的提示能廣義的0-5v的電壓變換之間，當(dāng)濃度超過所設(shè)閥值，系統(tǒng)，經(jīng)過三極管放大有電流通過蜂鳴器，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音或警告?zhèn)鞲衅鞯臉藴驶芈酚袃刹糠纸M成。其一為加熱回路，其二為信號輸出回路，它可以準確反映傳感器表面電阻值的變化。傳感

38、器的表面電阻RS的變化，是通過與其串聯(lián)的負載電阻RL上的有效電壓信號VRL輸出面獲得的。二者之間的關(guān)系表述為：RSRL=(VC-VRL)VRL，其中VC為回路電壓為10V。負載電阻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。15江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）4.1 總體流程圖本設(shè)計主體部分由硬件實現(xiàn)，軟件部分的工作主要為開機初始化；傳感器；顯示；聲光。主流程圖如圖4-1。開始初始化端口初始化 51單片機各個模塊傳感器N等待轉(zhuǎn)換Y是否N送顯示聲光結(jié)束圖4-1軟件流程圖4.2A/D轉(zhuǎn)換程序部分/AD轉(zhuǎn)換程序片段如下：WAIT:CLRSTSETB CLR

39、JNB SETB MOV CLR MOV MOVDIVST STEOC,$ OE ADC,P1 OE A,ADC B,#100AB;啟動轉(zhuǎn)換;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束;輸出;暫存轉(zhuǎn)換結(jié)果;關(guān)閉輸出;將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換成BCD碼16Y存放轉(zhuǎn)換結(jié)果開始江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）MOV MOV MOV DIV MOVMOVLED_2,A A,B B,#10 AB LED_1,ALED_0,BLCALL DISP;顯示AD轉(zhuǎn)換結(jié)果SJMPWAITADC0808將IN3通道輸入的0-5V的模擬信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量OOH-FFH，然后存儲到3FH單元。系數(shù)是濃度的最大測量值50001023=4.89確定。系數(shù)調(diào)

40、整是為了使十六進制與十進制轉(zhuǎn)換方便，將轉(zhuǎn)換系數(shù)4.89放大10倍取整后為49即31H作為轉(zhuǎn)換系數(shù)。4.3 聲光程序子程序執(zhí)行之前，鍵盤設(shè)定的閾值轉(zhuǎn)換為壓縮的BCD碼并存放在兩個單元中。傳感器輸入值A(chǔ)D轉(zhuǎn)換后，調(diào)用比較程序，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后顯示的測量值與閾值比較，小于閾值則繼續(xù)執(zhí)行顯示程序。若大于閾值則將單片機的P3.3、P3.7兩端口置位進行聲光。40H、4lH、42H單元存放AD轉(zhuǎn)換后，并進行十進制轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。40H和50H分別存放的是處理后的測量值與閾值的千位的壓縮BCD碼，41H和51H分別存放的是處理后的測量值與閾值的百位、十位壓縮的BCD碼，42H和52H分別存放的是處理后的測量值與

41、閾值的個位的壓縮BCD碼。程序首先對40H、50H中的值進行比較大小，如果40I-I中的值大于50H中的值，則進行。依此類推，比較41H和51H，42H和52H。當(dāng)大于閥值警電路工作并。17江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）Y40H 中B C D 碼大？NN與閥值相等？YY41H 中B C D 碼大？N與閥值相等？YY42H 中B C D 碼大？N圖4-2子程序流程圖18N返回開始江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）第5章系統(tǒng)調(diào)試對各個模塊進行分塊調(diào)試，確定各個模塊正確后，逐次將各個模塊組合進行調(diào)試！ 特別注意在綜合模塊時的代碼的優(yōu)化和調(diào)整！提高代碼的可讀性和可移植性。調(diào)試分析包括硬件調(diào)試分析和軟件調(diào)試

42、分析及軟、硬件聯(lián)調(diào)。由于硬件調(diào)試分析和軟件調(diào)試分析是進行的，所以可以先調(diào)硬件再調(diào)軟件。再調(diào)試中找出錯誤、缺陷，各種故障，并作出軟硬件的修改。直至沒有錯誤。5.1排除電源故障造成這類錯誤的有兩個：一個是元器件買來時就已壞了;另一個是由于安裝錯誤,造成器件燒壞。可以采取檢查元器件與設(shè)計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后,用替換方法排除錯誤。在通電前,一定要檢查電源電壓的幅值和極性,否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢插件上引腳的電位,一般先檢查VCC與GND之間電位,若在5V48V之間屬正常。若有高壓,聯(lián)機器調(diào)試時,將會損壞器等,有時會使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。用萬能表檢測無誤后對

43、電路進行通電。5.2 硬件調(diào)試硬件調(diào)試包括傳感器電路、顯示電路、鍵盤電路、單片機電路、聲光電路等。下面主要介紹傳感器電路、電路的調(diào)試。首先把MQ3型氣敏傳感器按照說明書介紹，接上+5伏工作電源，進行預(yù)熱5-10分鐘。由于氣敏傳感器里已經(jīng)集成了放大電路，而用萬用表測量可證實其輸出是一穩(wěn)定的0-5V的電壓信號，符合單片機的輸入條件，因此此信號可以直接接人進行AD轉(zhuǎn)換而不需要放大、濾波等。其次對于聲光電路的調(diào)試分為蜂鳴器和LED的調(diào)試。經(jīng)試驗電路板的蜂鳴器和LED只有在高電平工作，需要三極管對電流放大進行驅(qū)動，了解這一點，對程序的設(shè)計很重要。5.3調(diào)試故障及分析電路出錯，體現(xiàn)在軟硬件聯(lián)調(diào)時，一運行，

44、聲音電路就發(fā)出聲音而LED正常。經(jīng)程序檢查及對蜂鳴器及LED燈的電路，發(fā)現(xiàn)該實驗箱的蜂蜂鳴器及都是在低電工作。而主程序開始就把P3.3口置位, P3.7接的是指示燈，這就使運行蜂鳴器就發(fā)出時置低電平。聲音了。發(fā)現(xiàn)這個錯誤，把不時的P3.3口都置高電平，把傳感器工作電路接好后急于接到ADC0808上，傳感器輸出電壓不穩(wěn)定。運行程序19江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）發(fā)現(xiàn)還未吹氣體進傳感器而LED顯示的測量數(shù)值明顯偏大。經(jīng)看MQ3型氣敏傳感器的原理和使用說明得知該傳感器工作時需加熱到300攝氏度左右，因此需預(yù)熱5分鐘，使傳感器內(nèi)部敏感元件恢復(fù)到初始狀態(tài)。便于測量結(jié)果準確。找到錯誤，在測量前傳感器先預(yù)

45、熱5分鐘，接入后續(xù)電路，進行調(diào)試。分別配制20%、40%、60%、80%濃度的溶液和純水、純分別放在不同的容器內(nèi)；將傳感器放到含有溶液的容器口邊緣，向傳感器方向輕輕吹氣，用電壓表記錄OUT數(shù)值，對各種濃度的溶液重復(fù)幾次實驗，得到實驗數(shù)據(jù)如表5-1所示表5-1調(diào)試數(shù)據(jù)由于傳感器對溫度也很敏感，環(huán)境溫度不穩(wěn)定，測量結(jié)果會，每次測量時都需要對電路進行調(diào)零，并采取多次測量求平均值的方法處理數(shù)據(jù)；同一濃度的溶液因空氣中氣流境的變化。因為上述一個范圍內(nèi)浮動。場的影響使輸出結(jié)果有較大偏差，因此必須多次測量并外界環(huán)和調(diào)試時外界條件的影響，LED顯示的值為一組動態(tài)的數(shù)據(jù)，在20濃度/(%)02040608010

46、0OUT/(V)0.51.62.63.64.05.10.92.43.84.85.66.40.81.13.13.54.85.30.31.02.83.84.35.0平均值/(V)0.61.53.13.94.75.5LED顯示（V）00.9-1.51.1-1.962.1-3.02.5-3.93.8-4.6江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（）結(jié)束語通過這次設(shè)計，我對單片機編程有了更深刻的理解。在設(shè)計的過程中，遇到很多的問題，看似一個很小的問題，但對于程序運行卻有很大關(guān)結(jié)出現(xiàn)的小問題時都是的馬虎大意造成的，不夠仔細地處理。但畢竟還是初次接觸到應(yīng)用程序的開發(fā)，而在以前的東西也沒有能很好的掌握，所以這個設(shè)計也不是

47、非常的理想，還存在著程序不夠精簡，功能不夠完善，沒有更好的實現(xiàn)系統(tǒng)功能。盡管，設(shè)計的程序能夠接收、處理完整行數(shù)據(jù)，并能寫入FLASH，也能啟動用戶程序，但在遇到最后一行數(shù)據(jù)是非完整行時，數(shù)據(jù)的接收和處理雖能夠正常進行，但是在其寫入的過程中出現(xiàn)了不可預(yù)料的：不能完整寫入數(shù)據(jù)。由于時間限制，我沒有繼續(xù)這部分的工作。希望對單片機有的同學(xué)能繼續(xù)改進計出更好的辦法，來解決這一問題。在本設(shè)計中，由于時間緊張未設(shè)計人機接口和通必不可少的。程序。在減小誤差方面能設(shè)口。但是在現(xiàn)代儀器中它們是單片機的實踐性很強，實際動手，實際體驗開發(fā)的過程，這。既然如此，為同學(xué)們提供一種簡易實用的實驗善此設(shè)計，讓它更好的為同學(xué)服務(wù)。，很有意義。我希望以后能有其他同學(xué)來完這次設(shè)計與制作不僅是對我們所學(xué)知識的一種檢驗，也是對自身能力的一種提高，通過這次設(shè)計使我們明白了自身掌握的知識非常欠缺，所要學(xué)習(xí)的東西還很多。在整個設(shè)計過程中使我們懂得了許多東西，也培養(yǎng)了思考和設(shè)計的能力，樹立了對知識應(yīng)用的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作和生活有非常大的幫助，并且提高了的