多功能传感器课程设计论文

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1、 课设论文（设计）题 目： 多功能传感器课设 系部名称： 信息工程系 专业班级： 自动083 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 讲师 2011 年12 月 21 日中原工学院信息商务学院多功能传感器（设计）摘 要通过对本课程设计的学习，要求我们熟练掌握对多种功能传感器的掌握和运用，并会运用信号的转换和实践，将信号载入单片机中，通过单片机的计算输出处理完的数据，对液晶显示屏的现实或蜂鸣器的开启和闭合，本课设计旨在运用温度传感器，酒精传感器，烟雾传感器，三种传感器结合单片机，液晶显示屏，蜂鸣器的综合，达到对这三种传感器的学习掌握和应用；同时也要学会处理好对干扰信号的影响，结合已经掌握的

2、课程知识，完成对课程设计的系统掌握。本课设的以单片机传感器电路等课程理论为基础，以其他电子类、计算机及接口类相关课程内容为辅助，在实践中锻炼学生的系统设计能力、理论应用能力、总结归纳能力以及自我学习能力，提高其实践能力、创新意识与创业精神。以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计和撰写设计说明书的能力，加深对控制系统理解，将所学的知识灵活穿插并运用起来。重要运用所学的理论知识，通过先设计在实践的研究方法，去解决多个传感器之间的综合运用和掌握，熟练掌握各种传感器的使用，达到锻炼学生分析问题解决问题的能力。关键字：STC98C52单片机，烟雾传感器，温度传感器，酒精传感器，液晶显示屏目

3、录1 题目背景和意义32 设计题目介绍33 系统总体框架34 系统硬件设计4 4.1单片机STC89C52简介4 4.1.1时钟电路6 4.1.2复位及复位电路7 4.2数字温湿度传感器DH1110 4.2.1 DH11概述10 4.2.2 传感器性能说明11 4.2.3 电源引脚11 4.2.4 串行接口12 4.2.5 测量分辨率14 4.3酒精传感器MQ-3概述14 4.3.1 硬件设计14 4.3.2 微控单元STC89C5214 4.3.3 TLC549模数转换16 4.3.4 软件设计17 4.4烟雾传感器MQ-2概述20 4.4.1 概述20 4.4.2 设计理念21 4.4.3

4、 MQ-2传感器工作原理和简介21 4.4.4 MQ-2传感器和单片机的设计225 系统软件设计276 课设心得467元件清单481 题目背景和意义本课设的以单片机传感器电路等课程理论为基础，以其他电子类、计算机及接口类相关课程内容为辅助，在实践中锻炼学生的系统设计能力、理论应用能力、总结归纳能力以及自我学习能力，提高其实践能力、创新意识与创业精神。以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计和撰写设计说明书的能力，加深对控制系统理解，将所学的知识灵活穿插并运用起来。2 设计题目介绍通过对本课程设计的学习，要求我们熟练掌握对多种功能传感器的掌握和运用，并会运用信号的转换和实践，将信号载入

5、单片机中，通过单片机的计算输出处理完的数据，对液晶显示屏的现实或蜂鸣器的开启和闭合，本课设计旨在运用温度传感器，酒精传感器，烟雾传感器，三种传感器结合单片机，液晶显示屏，蜂鸣器的综合，达到对这三种传感器的学习掌握和应用；同时也要学会处理好对干扰信号的影响，结合已经掌握的课程知识，完成对课程设计的系统掌握。3 系统总体框架本系统信号测控装置的整体设计方案包括硬件设计方案和软件设计方案。硬件设计方案是指以微控制器作为核心，由A/D转换电路 D/A转换电路典型传感器键盘复位与看门狗电路LED显示声光报警电路组成。上位机微控制器STC89C52及外围电路A/D转换D/A转换MAX7219报警显示键盘X

6、25045Max485锁存器晶振与复位电路稳压电源数字量图1系统总体框架4 系统硬件设计4.1单片机STC89C52 简介 STC89C52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。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52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。具有以下标准功能；8k字节Flash，512字节RAM；32 位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，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。另外STC89X52可降至0Hz 静态

7、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,最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。 STC89C52RC单片机，8K字节程序存储空间，512字节数据存储空间，内带4K字节EEPROM存储空间，可直接使用串口下载，AT89S52单片机，8K字节程序存储空间,256字节数据存储空间，没有内带EEPROM存储空间。图2 STC89C52如上STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Pr

8、ogramable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机总控制电路如下图3：图3 单片机总控制电路4.1.1 时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图4 (a) 所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路

9、。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图4（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。（a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图4时钟电路4.1.2 复位及

10、复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表一所示。表一 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX000

11、0BTMOD00H（2）复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图5所示：图5复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图6（a）所示。这佯，

12、只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图6（b）所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图6（c）所示： （a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位图6 复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图6（b）上电复位方式。STC89C52具体介绍如下： 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电

13、源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32

14、根。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7STC89C52主要功能如表二所示。表二 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个

15、读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能4.2数字温湿度传感器DH11简介相对湿度和温度测量全部校准，数字输出卓越的长期稳定性无需额外部件超长的信号传输距离超低能耗4 引脚安装完全互换4.2.1 DH11概述DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传 感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高 的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测 温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快 响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的 湿度校验室中

16、进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内 部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集 成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使 其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚 封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。4.2.2 传感器性能说明表三 传感器说明表参数条件MinTypMax单位湿度分辨率111%RH8Bit重复性1%RH精度254%RH0505%RH互换性可完全互换量程范围03090%RH252090%RH502080%RH响应时间1/e(63%)25，1m/s 空气61015S

17、迟滞1%RH长期稳定性典型值1%RH/yr温度分辨率111888Bit重复性1精度12量程范围050响应时间1/e(63%)630S图7 典型应用电路图4.2.3电源引脚DHT11的供电电压为 35.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此 期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去 耦滤波。514.2.4 串行接口 (单线双向)DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次 通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数 部分用于以后扩展,现读出为零。操作流程如下:一次完整

18、的数据传输为40bit,高位先出。数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集, 用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集, 如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后 转换

19、到低速模式。1.通讯过程如图8所示图8 通信过程图总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必 须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后, 等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束 后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换 到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定 了数据位是0

20、还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有 响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线。50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。数字0信号表示方法如图9所示图9 数字1信号表示方法.如图10所示图104.2.5 测量分辨率测量分辨率分别为 8bit（温度）、8bit（湿度）4.3 酒精传感器MQ-3概述4.3.1硬件设计由于本次设计需要用到单片机，来完成对酒精浓度的检测，分析了网上的相似课题，有很多是用酒精浓度传感器MQ-3来完成酒精浓度检测系统的设计。鉴于本次时间限制，本次设计中采用的是STC89S52单片机来控制整个电路，电

21、路中采用的是LCD1602来显示实验实时数据。A/D芯片的选择中，用到的是TI公司生产的TLC549，主要是这块芯片的性能优良，时序操作简单，能很好的解决本次设计中对实时数据转换的要求。系统结构框图如图11所示： 图11 系统结构框图4.3.2微控制单元STC89C52基于本系统设计内容的需要，综合考虑后，我们选择STC89C52单片机为控制核心。主要基于考虑STC89C52是低功耗,超低价,高速，高可靠,强抗静电，强抗干扰,功能强大的单片机。 STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写

22、口线，片内振荡器及时钟电路。同时STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本。STC单片机有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。P1口：P1是一个带内部上拉

23、电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。P3口：P3口时一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目

24、的。 ：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当89C5X单片机由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 有效，即输出两个脉冲。在次期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 信号。 /VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFH）， 端必须保持低电平（接地）。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端（1） MQ-3酒精传感器MQ-3酒精传感器对乙醇蒸气有很高的灵敏度，并且响应和恢复快速。另外，MQ-3酒精传感器简单的驱动回路和可靠的稳定性是相比较于其他型号传感器的优点。MQ-3酒精传感器

25、可用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也可用于其他场所乙醇蒸气的检测。MQ-3酒精传感器有6只针状管脚，其中4个管脚（两个A和两个B）用于信号读取，两个H脚用于提供加热电流。电路图如下图12：图12 MQ-3传感器电路原理图4.3.3 TLC549模数转换TLC549是 TI公司生产的一种低价位、高性能的8位 A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换，其转换速度小于 17us，最大转换速率为 40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为 3V至 6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。TLC549有8引脚，为双

26、列直插是封装，起相应引脚功能如下：REF+：正基准电压输入 2.5VREF+Vcc+0.1。 REF：负基准电压输入端，-0.1VREF-2.5V。且要求：（REF+）（REF-）1V。 VCC：系统电源3VVcc6V。 GND：接地端。 ：芯片选择输入端，要求输入高电平 VIN2V，输入低电平 VIN0.8V。 DATA OUT：转换结果数据串行输出端，与 TTL 电平兼容，输出时高位在前，低位在后。 ANALOGIN：模拟信号输入端，0ANALOGINVcc，当 ANALOGINREF+电压时，转换结果为全“1”(0FFH)，ANALOGINREF-电压时，转换结果为全“0”(00H)。

27、I/O CLOCK：外接输入/输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出操作，无需与芯片内部系统时钟同步。在实际使用过程中，起时序图如图13所示。图13 TLC549时序图4.3.4软件设计（1） 编译语言的选择对于单片机的开发应用中，逐渐引入了高级语言，C语言就是其中的一种。汇编语言的可控性较高级语言来说更具优越性。程序编写语言比较常见的有C语言、汇编语言。汇编语言的机器代码生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C语言编写的程序比用汇编编写的程序更符合人们的思考习惯。还有很多处理器都支持C编译器，这样意味着处理器也能很快上手。且具有良好的模块化、容易阅读、维护等优点，且编写的模块程序易于移植。

28、基于C语言和汇编语言的优缺点，本系统采用C语言编写方法。（2） 主程序模块主程序实现的功能：与硬件相结合实现酒精浓度检测系统的各个功能。主要是检测与显示，门限调整与显示，检测数据显示功能子函数的调用。见图14初 始 化LCD显示开机界面显示时间显示主菜单读键初始化CPU开始检测 图14 主程序流程图（3）A/D转换模块(1)模数转换模块的主要功能就是将经放大器放大的模拟电压信号转化为MCU能够处理的数字信号，并传送给MCU。(2)TLC549转换的流程图见下图15图 15 数转换流程图当变为低电平后， TLC549芯片被选中， 同时前次转换结果的最高有效位MSB （A7）自 DATA OUT

29、端输出，接着要求自 I/O CLOCK 端输入8个外部时钟信号，前7个 I/O CLOCK信号的作用，是配合 TLC549 输出前次转换结果的 A6-A0 位，并为本次转换做准备：在第4个 I/O CLOCK 信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始，第8个 I/O CLOCK 信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动 A/D开始转换。转换时间为 36 个系统时钟周期，最大为 17us。直到 A/D转换完成前的这段时间内，TLC549 的控制逻辑要求：或者保持高电平，或者 I/O CLOCK 时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。由此可见，在自 TLC549的

30、I/O CLOCK 端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样并保持；启动本次 A/D转换开始。（4） 按键输入模块(1)按键时显现人机对话的一个控制按钮，通过按键的操作，对系统进行发送操作指令，后经与MCU串行通信，然后在液晶上显示。(2)按键查询式的流程图见下图16: 图 16 按键查询式的流程图按键的四个键分别接P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,由于P1口具有上拉电阻，所以不再需要加上拉电阻进行电压的放大。（5 ）液晶显示输出模块LCD1602模块在本系统中主要起着开界面数字显示，以及各控制效果的显示。采用直接访问方式。液晶显示

31、的操作流程图见下图17：图17 液晶显示的操作流程图液晶显示D0到D7口接P0.0到 P0.7，单独使用一个口，为了避免数据的干扰，由于P0口没有上拉电阻，所以需要一个排阻进行电压的扩大.4.4 烟雾传感器MQ-2概述4.4.1概述当今社会环保意识深入广大人民群众，现在很多产品都打着环保的招牌来吸烟顾客，确实环保对于如今大多数追求生活品味的人来说需求很大，环保绿色产品在市场上的销路都比较大，因此开发绿色产品已经成为科技人员的追求目标。市场上能够清除烟雾的烟灰缸成品比较少，能够自动感应启动的几乎没有。因此我们小组设计了这个能够自动感应的除雾烟灰缸，该产品利用了市场上比较流行的灵敏性很好的MQ2传

32、感器，因此该产品的灵敏性相当不错，而且我们采用了几层过滤，极大程度上分解烟雾的有害物质，是使室内的空气达到环保的最理想产品。4.4.2设计理念在家居和办公室里，由于男主人抽烟太多，往往引起室内因雾弥漫，特别是冬天，室内通风不太好时，将给室内人员的身体健康带来损坏。传统烟灰缸只能盛烟灰而不能吸掉对人体和环境有害的烟雾，本装置通过利用烟雾传感器，当烟雾扩散时，烟雾传感器感应到烟雾时，继电器打到NO，风扇开始工作，马达转动，风扇产生吸力将烟雾吸入到装有活性炭和负离子的过滤外壳中，排出清新干净的气体，极大地改善室内环境，具有环保的现时意义。4.4.3 MQ-2烟雾传感器工作原理和简介气敏电阻是一种半导

33、体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测

34、、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。半导体气敏传感器对于低浓度气体具有很高的灵敏度，具有嗅觉功能，能自动检测瓦斯浓度。一旦瓦斯超限，气敏传感器即可自动报警，然后采取先抽后采的原则，即可防止瓦斯爆炸事故的发生。半导体气敏传感器是利用待测气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和浓度的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处时，如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放电子，而形成正离子吸附

35、。如H2、CO、碳氢化合物等，被称为还原型气体。当还原型气体吸附到N型半导体上时，载流子增多，使半导体电阻值下降气敏传感器是酒精检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲气敏传感器是一种将某种气体的体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气敏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的测量。目前普遍使用的气敏传感器有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。他们能够制造便携型呼气酒精浓度测试器，适合于现场使用。与半导体传感器相比，燃料电池酒精传感器具有稳定性好、精度高、抗干扰性好等优点。由于燃料电池酒精传

36、感器的结构要求很精密，制造难度大，目前世界上只有美国、德国、英国等少数几个国家能够生产。本测试器采用MQK2酒精浓度传感器，检测人体呼出气体中酒精浓度并且输出电压信号。MQK2酒精浓度传感器主要由气敏元件和电阻丝组成， MQK2传感器外接+5V电压时，能将电阻丝加热到270300。，电路将MQK2传感器的阻值变化转化成输出电压的变化，从而可以通过A/D转换成数字量供单片机处理。根据分析，乙醇浓度增加时元件电阻R减小反之异亦反，所以呼出气体中的气态乙醇逐渐扩散后元件电阻R敏感的变化。4.4.4 MQ-2烟雾传感器和单片机的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

37、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。温度采集采用DS18B20,与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身

38、也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。经过软件处理送至数码管显示当前环境温度。P2.0- P2.5P2.2 单 片P0 机P2.4 P1键盘模块酒精传感器DS18B20蜂鸣器报警显示模块A/D模块图18、系统方框图（1）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19所示。MQK3外接+5V电压将时，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

39、的电压能够满足AT89S52的输入要求。其调整电路的原理图如图20。采用LM33625 图19 MKQ2酒精传感器电路作为一个25 V的基准电压，采用差动输入使得Vout=V酒精-2.5V从而使得传感器信号的输出符合AT89S52的范围。图20 传感器处理电路（2） 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

40、：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由低电平跳变为低电平时，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（

41、）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21。图 22 A/D转换电路（3）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AT

42、89S52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23。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

43、号，如图24所示。 图23 单片机基本电路 图24 蜂鸣器电路 图25 独立键盘电路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25。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。 显示部分用

44、4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26所示。段选接单片机P2.6,位选接单片机P2.7。 图26 显示电路部分5.系统软件设计单片机STC89C52程序#include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char#include DHT11.h#include DS1302.

45、h#include TLC2543.H#include lcd_1602.hsbit Key_swi=P34;sbit Key_set=P35;sbit Key_add=P36;sbit Key_min=P37;sbit Beer =P21;sbit LED_RED=P30;sbit LED_GRE=P31;bit flag_display=0; /自动切换标志位=1显示时间和温湿度 =0时多界面有按键决定bit flag_display1=0;bit display_flag=0;/*动态显示控制位uchar sw1_2=0; /键二，设置时间uchar sw2_2=0; /键二，设置温湿度

46、报警值uchar sw3_2=0;/建二，设置酒精浓度报警值uchar sw4_2=0;/建二，设置烟雾浓度报警值uchar num1=0;/功能切换uchar speed=0; /数据说新速度uint t0=0;delayms(uint z)uint m,n;for(m=z;m0;m-)for(n=124;n0;n-);void beer()Beer=0;delayms(30);Beer=1;t0=0; /自动切换清零/*功能键11111111111111*/void KKey_switch() /功能键一if(!Key_swi)beer();flag_display=0;/自动切换标志位i

47、f(!Key_swi & (sw1_2=0) & (sw2_2=0) & (sw3_2=0) & (sw4_2=0) /=1时，表示正在设置状态，不能却换到其他的状态num1+;if(num1=4)num1=0;while(!Key_swi);switch(num1)case 0:init_xian(0x80,str5_1);init_xian(0xc0,str5_2);break; /case 1:init_xian(0x80,str6_1);init_xian(0xc0,str6_2);break; /case 2:init_xian(0x80,str7_1);init_xian(0xc0

48、,str7_2);break; /case 3:init_xian(0x80,str8_1);init_xian(0xc0,str8_2);break; /*功能键2222222222222*/void KKey_set() /功能键二if(Key_set=0) /设置beer();if(Key_set=0 & flag_display=0)switch(num1)case 0:sw1_2+;if(sw1_2=7)sw1_2=0;switch(sw1_2) /温湿度设置case 0: /确定 光标消失display_flag=0;wr_com(0x0c);Init_DS1302();break

49、; /case 1: /光标 移动到display_flag=1;wr_com(0x88);wr_com(0x0d);break; / case 2:display_flag=1;wr_com(0x8b);wr_com(0x0d);break; /case 3:display_flag=1;wr_com(0x8e);wr_com(0x0d);break; /case 4:display_flag=1;wr_com(0xc7);wr_com(0x0d);break; /case 5:display_flag=1;wr_com(0xca);wr_com(0x0d);break; /case 6:d

50、isplay_flag=1;wr_com(0xcd);wr_com(0x0d);break; /break;case 1:sw2_2+;if(sw2_22)sw2_2=0;switch(sw2_2) /温湿度设置case 0: /确定 光标消失display_flag=0;wr_com(0x0c);break; /case 1: /光标 移动到display_flag=1;wr_com(0xc5);wr_com(0x0d);break; / case 2:display_flag=1;wr_com(0xcE);break; /break; /case 2: /酒精浓度设置sw3_2+;if(s

51、w3_2=5)sw3_2=0;switch(sw3_2) case 0: /确定 光标消失display_flag=0;wr_com(0x0c);break; /case 1: /光标 移动到display_flag=1;wr_com(0xc8);wr_com(0x0d);break; / case 2: /光标 移动到display_flag=1;wr_com(0xc7);wr_com(0x0d);break; / case 3: /光标 移动到display_flag=1;wr_com(0xc6);wr_com(0x0d);break; / case 4: /光标 移动到display_flag=1;wr_com(0xc5);wr_com(0x0d);