酒精传感器资料.docx

2.1酒精浓度检测仪整体结构设计单片机酒精浓度测试仪用MQK2酒精传感器采集气体信号，并通过数模转换器将模拟信号转换成数字信号送至单片机，单片机对数字信号进行分析处理，并将所得的结果显示出来，可以通过键盘设置不同环境下酒精浓度的不同阀值，如果所检测出的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机就能控制蜂鸣器发出声音报警。键盘采用3个独立键盘进行数据输入设定；显示部分用5个数码管显示当前数据，数码管分别用2个74HC573锁存器控制段选和位选。本文设计的酒精浓度检测仪主要是以酒精传感器和单片机为平台设计而成的，其硬件系统功能框图如图一所示。A/D模块酒精传感器 P2.5 单 片P0 机 P1蜂鸣器报警显示模块图一硬件系统功能框图酒精浓度检测仪主要是用来检测酒精浓度的，它主要由酒精传感器、模数转换器、单片机、LCD 显示、以及声音报警构成。酒精传感器将检测到的酒精浓度转化为电信号，然后将电信号传送给模数转换器，经过模数转换器转换后，把转换后得到的数字信号传给单片机，单片机对所输入的数字信号进行分析处理，最后将分析处理的结果通过显示器显示出来。如果所检测到的空气中的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机将会控制蜂鸣器发出声音报警，用来提示危害。2.2 MQR2酒精传感器 MQR2酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。传感器的标准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。酒精浓度同输出电压的近似关系如图二所示。 图二酒精浓度同输出电压的近似关系 2.3 传感器信号采集电路电路的前端部分MQK2传感器按照常规设计即可，如图三所示，MQK3外接+5V电压时，可将电阻丝加热至270300.电路将MQK2的阻值变化转换成输出电压的变化,从而可以通过A/D转换成数字信号供单片机处理。 在酒精浓度为0时，其输出电压为3v。但由于其输出的电压范围超过了AT89S52的输入电压范围，所以在本设计中加入了一个调整电路来使其输出的电压能够满足AT89S52的输入要求。其调整电路的原理图如图四。采用LM33625作为一个25 V的基准电压，采用差动输入使得Vout=-2.5V从而使得传感器信号的输出符合AT89S52的范围。 图三 MKQ2酒精传感器电路 图4传感器处理电路2.4 A/D转换电路模数转换电路的功能是将连续变化的模拟量转换为离散的数字量，是架起模拟系统跟数字系统之间连接的桥梁。对于本系统而言，就是用于快速、高精度地对输入的酒精浓度信号进行采样编码，将其转换成单片机所能够处理的数字量。模数转换电路是本系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个系统的质量。 模数转换采用ADC0804,对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ADC0804有20个引脚，其中11-18管脚为数字信号输出端，与单片机P1口相连；cs为片选端，接单片机P3.5口，当cs接低电平时ADC0804开始工作，WR接P3.6口，当WR变为低电平再跳变为高电平后启动A/D转换，RD接单片机P3.7口，当RD由低电平跳变为高电平时，单片机读走A/D转换完的数字信号。CLK为时钟输入信号线, 因ADC0804的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。INTR为中断控制信号，接单片机外部中断端口，当A/D转换完后向单片机发出中断信号，等待读走数字信号，INTR也可空可置不接，因为当启动A/D后一段时间后模数转换完后，等待一段时间后单片机也可以读走数字量。原理图如图五。 图 五 A/D转换电路2.5 单片机系统 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止，其电路如图六。报警电路采用单片机I/O口外接三极管驱动蜂鸣器，发出报警信号，如图七所示。 键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的称为非编码键盘；在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。非编码键盘有分为：独立键盘和行列式（又称为矩阵式）键盘。本设计采用3个独立键盘来输入数字量，如图八。3个键盘分别接单片机P2.0,P2.1,P2.2。使用时先将键盘借口初始化，即将P2.0P2.2全部置1，然后判断是否有键按下，若键盘输入端变为低电平，表明此键盘按下，在软件编程时，注意键盘消抖。 图六 单片机基本电路图 图七 蜂鸣器电路 图八独立键盘电路 显示部分用5个数码管显示当前数据，数码管分别用2个74HC573锁存器控制段选和位选，锁存器与单片机I/O口连接，位锁存器输出端分别与数码管片选连接，段锁存器输出端接数码管段输入端连接。锁存器片选输入端为高电平时，I/O口数据输入锁存器，当输入为低电平时，锁存器关闭并将数据保持住。如图九所示。段选接单片机P2.6,位选接单片机P2.7。主程序初始化温度测量子程序延时大约30s有键按下？K1？K2?K3?调用酒精浓度子程序禁止A/D调用警戒值设置子程序数码管显示YYYYNNNN 图九 显示电路部分 2.6 系统整体软件设计 主程序流程如图10所示。系统共分3个按键K1、K2、K3 ,分别接至单片机P2.0-P2.2口，初始化时将P2.0-P2.2置1，当检测到输入端为低电平时表示有键按下，通过软件5ms延时,消除键盘抖动。在待机状态时若按下K1键提示被测者吹气，若检测过程中需要取消测试，可按K2键，此时系统放弃测试，并可回到待机状态。考虑到环境、湿度以及被测试者的个体差异等因素，有时需要修改浓度的警戒值，在待机状态下，按下K3，数码管上将显示当前设置值，此时按下K1、K2可调节警戒值。每按一次K1值可将报警浓度上调0.02mg/L（最高到0.72mg/L）,按下K2则下调0.02mg/L(最低到0.04mg/L),调整完后在按下K3值可保存新的警戒值。 图十 主程序流程图 图十 主程序流程图.4.1 AT89S52的特性AT89S52 是低功耗、高性能、采用CMOS 工艺的8 位单片机，其片内具有8KB 的可在线编程的Flash 存储器。该单片机采用了ATMEL 公司的高密度、非易失性存储器技术，与工业标准型80C51 单片机的指令系统和引脚完全兼容；片内的Flash 存储器可在线重新编程，或者使用通用的非易失性存储器编程；通用的8 位CPU 与在线可编程Flash 集成在一块芯片上，从而使AT89S52 功能更加完善，应用更加灵活；具有较高的性能价格比，使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。2.4.2 ADC的选择模数转换电路的功能是将连续变化的模拟量转换为离散的数字量，是架起模拟系统跟数字系统之间连接的桥梁。对于本系统而言，就是用于快速、高精度地对输入的酒精浓度信号进行采样编码，将其转换成单片机所能够处理的数字量。模数转换电路是本系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个系统的质量。根据A/D 转换器的工作原理可将A/D 转换器分成两大类：一类是直接型A/D 转换器；另一类是间接型A/D 转换器。在直接型A/D 转换器中，输入的模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量。在间接型A/D 转换器中，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等等），然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。2.4.3 气体传感器的选择气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速地测量。在选择传感器的时候，一定要考虑到稳定性、灵敏度、选择性和抗腐蚀性，本系统选择MQ3 型酒精传感器。MQ3 酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ3 型气敏传感器由微型Al2O3、陶瓷管和SnO2 敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或者不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。传感器表面电阻RS 的变化，是通过与其串联的负载电阻RL 上的有效电压信号VRL 出面获得的。二者之间的关系表述为：RS/RL=(VCVRL)/VRL，其中VC 为回路电压，10V。负载电阻RL 可调为0.5200K，加热电压Uh 为5V。上述这些参数使得传感器输出电压为05V。MQ3 型气敏传感器的结构和外形如图三所示，标准回路如图四所示，传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系如图五所示。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需要将传感器预热5 分钟。图三MQ3 的结构和外形图四MQ3 标准回路图五传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系为了更好地使用酒精传感器MQ3，现将MQ3 的标准工作条件和环境条件进行介绍，如表一和表二所示。表一标准工作条件表二酒精传感器MQ3 的环境条件