单片机典型案例开发（五）

格等的对比，针对酒精气体，选择的是MQ-303A酒精传感器，针对甲烷气体，采用的是MQ-4 半导体气体传感器，针对一氧化碳气体，选择的是V-40 一氧化碳传感器，由这三种传感器组成传感器阵列。

　　该设计通过气体传感器阵列采集气体信息，并将采集到的信息转化为电信号，然后送到ADC0809 进行模数转换。

　　1.2 数据采集和数据处理系统

　　由气体传感器阵列输出的微弱电信号，经各自信号放大电路对信号进行预处理，使其转换为O ~5V 范围内变化的直流信号，送到A/D 转换电路变换为数字信号，对其进行数据采集处理。

　　为了方便与89C51 单片机的连接，本系统选用ADC0809芯片对采集到的气体信息进行模数转换。其分辨率为8 位，不必进行零点和满度调整，且具有高阻抗斩波稳定比较器，8个通道的多路开关可直接存取8 个单端模拟信号中的一个。利用单片机写启动A / D 转换器，转换结束后再由ADC0809 向89C51 发出中断请求信号，CPU 响应中断请求。通过对译码器的读操作，读取转换结果并送到被测量的相应存储区。再重新选择被测量，并再次启动A/D转换后中断返回。ADC0809与单片机89C51 连线线路如图2 所示。

　　图2 ADC0809 与89C51 的连线线路

　　微处理器采用的是AT89C51 芯片。

　　89C51 单片机是ATMEL、PHILIPS和SST等公司生产的与80C51 兼容的低功耗、高性能8 位单片机，具有比8031 更丰富的硬件资源，特别是其内部增加的闪速可电改写的存储器Flash ROM给单片机的开发及应用带来了很大的方便，且芯片价格非常便宜。在该系统中89C51 主要对采集数据进行处理，按各种气体浓度的数学模型计算出其浓度，由数码管显示其相应的气体种类及浓度值，当浓度超标时，进行报警。

　　该系统还采用了分频器SUN7474.分频器对脉冲信号进行2的n次方分之一的分频，例如把32768HZ 的脉冲信号变成1HZ的秒信号。通常利用T触发器实现，每来一个脉冲后触发器状态改变一次，经过n个T触发器处理后就可以得到2的n次方分之一的分频信号。89C51接12MHZ晶振，经ALE端后输出到分频器为2MHZ，分频器进行分频后为ADC0809 提供所需的工作时钟。

　　1.3 显示电路

　　在该设计中，LED 显示器的显示方法采用动态显示。LED 动态显示的基本做法在于分时轮流选通数码管的公共端，使得各数码管轮流导通，在选通相应LED后，即在显示字段上得到显示字形码。这种方式不但能提高数码管的发光效率，并且由于各个数码管的字段线是并联使用的，从而大大简化了硬件线路。本设计中处理结果采用4位LED显示，首位显示气体类别，后3 位显示气体浓度。逐位轮流点亮各个LED，每一位保持1ms，在10~20ms 之内再一次点亮，重复不止。这样利用人的视觉停留，好像4 位LED 同时点亮一样。

　　综上可得，基于单片机的多气体检测系统的数据采集、数据处理及结果显示电路如图3。

　　图3 多气体检测系统电路

　　2 软件设计

　　本设计由数据采集、数据转换、数据处理、显示和报警几个模块组成。

　　主程序流程图为图4。

　　图4 主程序流程图

　　AD0809 部分程序流程图为图5。

　　图5 AD0809 部分程序流程图

　　显示子程序流程图如图6。

　　图6 显示子程序流程图

　　结语

　　在本设计中采用多传感器组成传感器阵列，可针对多种不同气体进行信息采集、信息转换和数据处理，最后显示气体种类和浓度信息，为多种气体的检测提供了一种切实可行的解决方案。

　　四、单片机实现空气质量流量显示装置

　　空气质量流量显示装置可以直观的反映进入发动机的空气流量，有助于为发动机提供最佳的空燃比。本文以罗蒙斯特质量流量计为例，基于STC89C52单片机设计一种空气质量流量显示装置，以简单易控制的STC89C52单片机为控制核心，经过AD模块的转换，完成对空气质量流量计的显示装置，通过对数据显示结果的分析找出模拟量与数字量之间的线性对应关系，从而为发动机提供最佳空燃比设立参照途径。

　　1 罗蒙斯特质量流量计的工作原理

　　罗蒙斯特质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。传感器由外壳、微振动测量管、振动驱动器和信号检测器及温度补偿元件等主要部件组成。当气体通过振动测量管时，在气体推动及外加于测量管的振动力作用下，测量管将获得附加的科里奥力，其大小与气体的质量流量成正比，科里奥力引起测量管的微小扭曲导致振动时的相位差转换为线性的电信号输出，变送器就将此电信号转换为1~5V的电压信号，通过AD模块显示在显示装置上。

　　2 硬件电路设计

电信号的转换是单通道，在此选择容易掌握的ADC0804芯片，其