單片機+酒精傳感器檢測實驗源碼+電路原理詳解

ID:418816 · 發表于 2018-10-31 22:22

實驗1 酒精傳感器實驗

1.實驗目的

學習酒精檢測傳感器MQ-3的使用方法；

2.實驗設備

硬件：酒精傳感器節點，串口線；

軟件：Keil u Vision4編譯軟件，STC下載軟件STC_ISP；

芯片手冊：配套光盤\附件\芯片手冊\酒精檢測傳感器；

電路原理圖路徑：配套光盤\附件\電路原理圖；

源碼路徑：配套光盤\源代碼\傳感器原理與應用\實驗1 酒精傳感器實驗-V20161122；

hex文件路徑：配套光盤\源代碼\傳感器原理與應用\實驗1 酒精傳感器實驗-V20161122\out；

3.實驗原理

3.1MQ-3的介紹

MQ-3氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環境中存在酒精蒸汽時，傳感器的電導率隨空氣中酒精氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。

MQ-3氣體傳感器對酒精的靈敏度高，可以抵抗汽油、煙霧、水蒸氣的干擾。這種傳感器可檢測多種濃度酒精氣氛，是一款適合多種應用的低成本傳感器。

元器件結構外形如圖3.1：

圖3.1 酒精傳感器形型

圖3.2 酒精傳感器基本測試電路

基本測試回路，圖3.2是酒精傳感器的基本測試電路。該傳感器需要施加2個電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。其中 VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC 則是用于測定與傳感器串聯的負載電阻（RL）上的電壓（VRL）。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當的RL值。酒精傳感器的技術指標如表1。

表1 酒精傳感器技術指

產品型號			MQ-3
產品類型			半導體氣敏元件
標準封裝			膠木（黑膠木）
檢測氣體			酒精蒸汽
檢測濃度			0.04-4mg/L酒精
標準電路條件	回路電壓	Vc	≤24V DC
	加熱電壓	VH	5.0V±0.2V ACorDC
	負載電阻	RL	可調
標準測試條件下氣敏元件特性	加熱電阻	RH	31Ω±3Ω（室溫）
	加熱功耗	PH	≤900mW
	敏感體表面電阻	Rs	2KΩ-20KΩ(in 0.4mg/L酒精)
	靈敏度	S	Rs(in air)/Rs(0.4mg/L酒精)≥5
	濃度斜率	α	≤0.6(R300ppm/R100ppm酒精)
標準測試條件	溫度、濕度		20℃±2℃；65%±5%RH
	標準測試電路		Vc:5.0V±0.1V； VH: 5.0V±0.1V
	預熱時間		不少于48小時

酒精傳感器靈敏度特性圖3.3所示：

圖3.3 酒精傳感器靈敏度特性圖

3.2 MQ-3酒精傳感器的電路原理圖

MQ-3酒精傳感器的電路原理如圖3.4所示：

圖3.4 酒精傳感器電路

其中U1(MQ-3)的PIN5與PIN2為加熱端，對應測試回路的H端；PIN1、PIN3、PIN4、PIN6為檢測回路；MQ-3傳感器的供電電壓Vc和加熱電壓Vh都為5V，負載電阻R1為1K歐姆。從技術指標表中可知，在0.4mg/L酒精中，傳感器電阻Rs為2K~20K，取Rs = 12K。假設檢測到酒精濃度為10mg/L時報警，由靈敏度特性曲線可知靈敏度為0.12，MQ3電阻值為12K * 0.12 = 1.44K（Rs / Ro = 靈敏度，其中Ro為傳感器在0.4mg/L酒精時的電阻值）,ADC1(P1.1) = 5V * 1K / (1K + 1.44K) = 2.00V，AD讀數為2.00 / 3.3 * 1024 = 620，當AD采集的數值大于620時表明檢測到酒精。

4.實驗步驟

4.1 編寫實驗源代碼文件

4.1.1 取酒精傳感器節點，打開Keil集成開發環境，打開配套光盤\源代碼\傳感器原理與應用\實驗1 酒精傳感器實驗-V20161122的工程文件。

4.1.2點擊左上角的Rebuild按鍵

，編譯整個工程，將生成jiujing.hex可執行文件，該可執行文件自動保存在配套光盤\源代碼\傳感器原理與應用\實驗1 酒精傳感器實驗-V20161122\out目錄下。(注意：請根據該目錄下 jiujing.hex 文件的生成時間，判斷該文件是否是自己剛剛編譯完成的。)

4.1.3 使用串口線將電腦與酒精傳感器節點的串口相連，將酒精傳感器節點上的S1開關撥打到左邊，讓STC單片機和DB9相連。

4.1.4 根據 配套光盤\第三方應用軟件\STC_ISP的STC-ISP軟件使用說明書-甄鵬-V20160423，使用STC-ISP軟件將4.1.2步中生成的可執行jiujing.hex文件通過STC_ISP串口下載軟件下載進STC單片機中。

4.2 實驗源代碼解析

/**********************************************************/
//晶振頻率：11.0592MHz
//文件名：Main.c
//功能說明：酒精傳感器讀取實驗
//制作：www.frotech.com
//技術支持：020-22883196 QQ:
//變更記錄: 2016.11.22
//變更內容: 新建造
/**********************************************************/
#include <STC12C5A60S2.h>
#define BUF_LENTH 128 //定義串口接收緩沖長度
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
unsigned char uart1_wr; //寫指針
unsigned char uart1_rd; //讀指針
unsigned char xdata RX0_Buffer[BUF_LENTH]; //接收緩沖
unsigned char flag;
unsigned char i;
unsigned char xdata mbus_buffer[255];
unsigned char xdata mbus_Sendbuf[255];
unsigned char xdata Crc_buf[2]; //聲明存儲CRC校驗值的高8位及低8位的緩存
unsigned int Crc_return_data; //聲明CRC校驗值
bit B_TI; //發送完成標志
sbit P1_0 = P1^0;//定義P1.0端口
// 7 6 5 4 3 2 1 0 Reset Value
//sfr ADC_CONTR = 0xBC; ADC_POWER SPEED1 SPEED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHS0 0000,0000 //AD 轉換控制寄存器
#define ADC_OFF() ADC_CONTR = 0
#define ADC_ON (1 << 7)
#define ADC_90T (3 << 5)
#define ADC_180T (2 << 5)
#define ADC_360T (1 << 5)
#define ADC_540T 0
#define ADC_FLAG (1 << 4) //軟件清0
#define ADC_START (1 << 3) //自動清0
#define ADC_CH0 0
#define ADC_CH1 1
#define ADC_CH2 2
#define ADC_CH3 3
#define ADC_CH4 4
#define ADC_CH5 5
#define ADC_CH6 6
#define ADC_CH7 7
uint adc10_start(uchar channel);
void uart1_init(void);
void Uart1_TxByte(unsigned char dat);
void Uart1_String(unsigned char code *puts);
void delay_ms(unsigned char ms);
unsigned int cal_crc(unsigned char *snd, unsigned char num);
/*************** 用戶定義參數 *****************************/
#define MAIN_Fosc 11059200UL
#define Baudrate0 9600UL
/**********************************************************/
/****************** 編譯器自動生成，用戶請勿修改 ***********************/
#define BRT_Reload (256 - MAIN_Fosc / 16 / Baudrate0) //Calculate the timer1 reload value ar 1T mode
/**********************************************************/
//**********************************************************************
//函數名：main(void)
//輸入：無
//輸出：無
//功能描述：當單片機接收到酒精濃度讀取指令，采集酒精濃度，再向串口返回
//酒精濃度的指令
//**********************************************************************
void main(void)
{
uint j;
uart1_init();//初始化串口
P1ASF = (1 << ADC_CH1); //STC12C5A16S2系列模擬輸入(AD)選擇ADC1(P1.1)
ADC_CONTR = ADC_360T | ADC_ON;
while(1)
{
if(flag==1)
{ delay_ms(5);
if(RX0_Buffer[0x03] == 0x30)
{
j = adc10_start(1); //(P1.1)ADC1轉換
mbus_Sendbuf[3] = ((j>>8)&0xff);
mbus_Sendbuf[4] = j&0xff;
mbus_Sendbuf[2] = (((RX0_Buffer[0x04] * 16) + RX0_Buffer[0x05]) * 2);
mbus_Sendbuf[0] = RX0_Buffer[0];
mbus_Sendbuf[1] = 0x03;
Crc_return_data=cal_crc(mbus_Sendbuf, 5); //取得將要發送數據的CRC值
Crc_buf[0]=((Crc_return_data >> 8)&0xff); //取得CRC值的高8位
Crc_buf[1]=(Crc_return_data & 0xff); //取得CRC值的低8位
mbus_Sendbuf[5]=Crc_buf[1]; //CRC值低8位賦值給將要發送的數據的倒數第二個字節
mbus_Sendbuf[6]=Crc_buf[0]; //CRC值高8位賦值給將要發送的數據的最后一個
for(i = 0; i < 7; i++)
{
Uart1_TxByte(mbus_Sendbuf[i]);
}
flag=0;
uart1_wr=0;
}
}
}
}
//**********************************************************************
//函數名：adc10_start(uchar channel)
//輸入：ADC轉換的通道
//輸出：ADC值
//功能描述：ADC轉換
//**********************************************************************
uint adc10_start(uchar channel) //channel = 0~7
{
uint adc;
uchar i;
ADC_RES = 0;
ADC_RESL = 0;
ADC_CONTR = (ADC_CONTR & 0xe0) | ADC_START | channel;
i = 250;
do{
if(ADC_CONTR & ADC_FLAG)
{
ADC_CONTR &= ~ADC_FLAG;
adc = (uint)ADC_RES;
adc = (adc << 2) | (ADC_RESL & 3);
return adc;
}
}while(--i);
return 1024;
}
/*****************************CRC校驗計算函數********************************/
unsigned int cal_crc(unsigned char *snd, unsigned char num)
{
unsigned char i, j;
unsigned int c,crc=0xFFFF;
for(i = 0; i < num; i ++)
{
c = snd[i] & 0x00FF;
crc ^= c;
for(j = 0;j < 8; j ++)
{
if (crc & 0x0001)
{
crc>>=1;
crc^=0xA001;
}
else crc>>=1;
}
}
return(crc);
}
//**********************************************************************
//函數名：uart1_init(void)
//輸入：無
//輸出：無
//功能描述：串口初始化函數，通信參數為9600 8 N 1
//**********************************************************************
void uart1_init(void)
{
PCON |= 0x80; //UART0 Double Rate Enable
SCON = 0x50; //UART0 set as 10bit , UART0 RX enable
AUXR |= 0x01; //UART0 使用BRT
AUXR |= 0x04; //BRT set as 1T mode
BRT = BRT_Reload;
AUXR |= 0x10; //start BRT
ES = 1;
EA = 1;
}
//**********************************************************************
//函數名：Uart1_TxByte(unsigned char dat)
//輸入：需要發送的字節數據
//輸出：無
//功能描述：從串口發送單字節數據
//**********************************************************************
void Uart1_TxByte(unsigned char dat)
{
B_TI = 0;
SBUF = dat;
while(!B_TI);
B_TI = 0;
}
//**********************************************************************
//函數名：Uart1_String(unsigned char code *puts)
//輸入：字符串首地址
//輸出：無
//功能描述：從串口發送字符串
//**********************************************************************
void Uart1_String(unsigned char code *puts)
{
for(; *puts != 0; puts++)
{
Uart1_TxByte(*puts);
}
}
//**********************************************************************
//函數名：UART1_RCV (void)
//輸入：無
//輸出：無
//功能描述：串口中斷接收函數
//**********************************************************************
void UART1_RCV (void) interrupt 4
{
if(RI)
{
RI = 0;
RX0_Buffer[uart1_wr++] = SBUF;
//if(++uart0_wr >= BUF_LENTH) uart0_wr = 0;
flag = 1;
}
if(TI)
{
TI = 0;
B_TI = 1;
}
}
void delay_ms(unsigned char ms)
{
unsigned int i;
do{
i = MAIN_Fosc /1400;
while(--i);
}while(--ms);
}