自己设计的汽车电子鼻系统 附论文+电路图+程序源码

汽车电子鼻系统设计

摘要

该汽车电子鼻系统的核心处理元件是单片机AT89C52。它是包含气体及温/湿度传感器的检测系统。对于模拟信号采集使用了四种传感器，其中有DS18B20型数字式温度传感器，SMC-2型湿敏传感器，QMNJ-9型酒精传感器还有AF30L/38L型烟雾传感器。车内温度由温度传感器检测，其检测结果用LCD进行显示；湿度传感器可以快速准确地采集车厢内湿度，防止后窗结雾结霜影响乘车人员及司机的视线；由酒精传感器采集车厢内部的酒精含量，之后把结果送给单片机，经处理后与设定值进行比较，结果超过设定值，则此时不能开车，系统也会随之发出报警提示；烟雾传感器具有监控车内烟雾含量及浓度的作用，一旦出现火况，报警电路能够及时发出报警信号。考虑到当车内湿度过低时，车内会过于干燥，会影响乘车人员的舒适感，所以设计了车内自动通风系统，当湿敏传感器检测到湿度低于设定值时，自动启动通风系统进行车内气体循环。本设计使用四种传感器，可以实现把车体内的所有模拟量信息进行采集处理，具有测量精度高，操作准确，运行可靠的特点。

关键字：单片机；气体检测；传感器；信号处理；报警电路

A system design about Automobile

electronic nose

Abstract

The core processing component of the automotive electronic nose system is the single chip microcomputer AT89C52. It is a detection system that contains gas and temperature / humidity sensors. For analog signal acquisition and processing using four kinds of sensors, including DS18B20 type temperature sensor, SMC-2 type humidity sensor, QMNJ-9 alcohol sensor and AF30L/38L type smoke sensor. The temperature inside the car is detected by a temperature sensor, the detection results with LCD display; temperature / humidity sensor can fast accurately collected inside wet / temperature, to prevent the rear window fogging frosting effect of passengers and the driver's line of sight, the alcohol content of the interior is collected by the alcohol sensor, after the results by the MCU. After treated with the set value are compared, the results of more than set value, at this time can not drive, the system will immediately send alarm; smoke sensor is monitoring the car smoke content and concentration of the role, if there is a fire condition, alarm circuit to send out alarm signals in time. And, when the temperature or the vehicle is detected in the smoke gas content exceeds the set value, automatically start the ventilation system to carry out the car gas cycle. This design uses four kinds of sensors, can realize the car body of all analog information collection and processing, with high measurement accuracy, accurate operation, reliable operation.

Key words: single chip microcomputer; gas detection; sensor; signal processing; alarm circuit

目录

1 绪论

1.1 课题的提出

1.2 国内外传感器研究的背景和现状

1.3 本设计的主要内容

    1.4 本章小结

2 传感器的基础理论

2.1 电子鼻的特点和用途

2.2 电子鼻原理及组成

2.2.1嗅觉信号的传递处理

2.2.2电子鼻系统的结构

2.2.3传感器阵列的组成

2.3 测量方法的介绍

2.4 本设计使用的传感器类型

2.4.1 温度传感器

2.4.2 湿度传感器

2.4.3 气敏传感器              9

2.4.4 烟雾传感器

3系统的硬件设计

3.1 整体系统的设计思想

3.2 系统电路硬件的选择

3.3 单片机简介

3.4 系统硬件设计

3.4.1 信号采集与调理电路

3.4.2 AD转换电路

3.4.3 单片机与AD转换器的连接

3.4.4 单片机的输出外围电路

4 系统软件设计

4.1 单片机初始化程序设计

4.2 数据采集程序设计

4.3 LCD数码管显示程序设计

结论

致谢

参考文献

附录

气体传感器及其相关的电路可以实现多种易燃，易爆，有毒，有害气体的检测和报警。对于检查工厂矿山，家庭，机动车，公共场所的气体成分，气体报警器，空气净化器等检测仪器已经开始普及了。车用气体报警装置，就采用气敏传感器，当可燃性气体浓度增加时气敏器件接触到可燃性气体而电阻值降低，这样流经测试回路的电流增加，可直接驱动蜂鸣器报警器报警。对于甲烷这样的可燃性气体，报警器的响应界限一般选用其爆炸下限的浓度的1/10，一般调整电阻来调节[2]。

   在过去的几十年里，很多科研大家都尝试过构建仿生物嗅觉系统，这种概念设计存在多年。1964年，外国的科学家模拟生物嗅觉系统制作成电子设备，这是电子鼻的最早原型。这时电子鼻主要两个部分组成，即模式识别部分和气敏传感器阵列部分，其阵列由三个半导体传感器构成，该简单的系统可以检测分析植物油在内的多种挥发性物质。1994年，科学家终于详细定义了“电子鼻”，即“电子鼻是一种具有部分选择性的化学传感器阵列和适当的模式识别系统组成，能够识别简单或复杂气体的电子仪器”。

    随着新世纪的到来，科学材料，和高新制造业的发展，经过英国，法国，德国的多所大学的十几年努力，电子鼻的研究发展进入了一个新的高峰。

    本设计基于汽车内部舒适度和安全性的要求，设计了一套集温度，湿度，烟雾和酒精浓度传感器于一体的传感器阵列及其信号处理系统。此系统用于分析汽车内部的温度指标，并将其显示。另外所设计的系统将对汽车的安全起到保障，用于汽车内部火灾报警以及对于酒驾的制止和提醒。本系统附加后窗玻璃除湿装置，解决由于后窗玻璃结冰影响视线的问题。同时，考虑到当车内湿度过低时，会影响乘车人员的舒适感，所以设计了车内自动通风系统。

    本设计系统小巧灵便，安装方便，易于控制，非常实用。

    本章简单介绍了传感器在汽车内部的使用，并说明了其重要意义。简单说明了本次设计的主要内容。本系统将全面保护汽车的安全与舒适，必定会得到普遍推广。系统设计基于灵巧、方便，易于使用和安装的标准，适合大众化的使用，最大程度满足用户的需求。

    当代电子鼻技术主要方向集中在以下几个方面：

   （1）器件研究

    包括多种感应材料，目前已经研发了多种阵列结构和敏感性材料。

   （2）模式识别方法研究

    统计模式识别是模式识别常用方法：聚类分析，函数分析，程序分析等；人工神经网络：BP网络Kohoken网络等方法。表2.1是经常用到的模式识别方法，人工神经网络的模式识别较统计模式识别具有以下的优点：它的工作原理是模拟信号整合和传输机理，类似生物的嗅觉系统。自适应能力良好和强大的容错性都是它的优势；较强的环境适应能力和强大的学习能力也是极其重要的；同时网络还具有快速的学习能力。

    （3）应用研究

     在航天科工，环境保护，食品安全等方面的研究，电子鼻被用来分析蔬菜水果，肉类等食品的新鲜度，各种气体的成分含量及浓度等。

    （4）前沿科技

     从1995年，电子鼻就逐步推向了商品化，表2.2列出了部分的商品化电子鼻。

表2.2 常见的商品化电子鼻

    嗅觉指生物嗅觉系统对挥发性气体做出的生理感应，人类嗅觉感应系统传输通路与人类嗅觉系统相近，动物的鼻腔具有绒毛，可以增加气体分子的粘附性，与绒毛相连的嗅觉皮下细胞可以感受嗅觉信号，信号由嗅束传输到中枢神经。

生物的嗅觉识别过程分为3个过程，（1）具有挥发能力的气体分子在空气中扩散，之后进入鼻腔，与具有感知能力细胞上的绒毛受体结合，产生神经信号。(2)信号在神经网络内经过信号放大加工处理后传输给大脑皮层。(3)神经信号刺激大脑皮层做出相应反应，依靠着已有的记忆存储对信号做出判断，其判断结果取决于长期的生活经验和累积。                                    

电子鼻作为一种仿生技术，完全是模仿人类的整个嗅觉识别的过程，其原理可以简述如下，包含三个部分：（1）传感器，产生信号。（2）生成信号，信号处理。（3）处理后的信号，使用系统的模式识别算法进行判别，分析[2]。

嗅觉感受器是以低频率进行脉冲信息传输，一部分气体会使脉冲数量增加，也有少量的气体会起抑制作用，气味较大的气体可以提升脉冲频率最大可增加到40个以上。有研究表明，在没有强烈气味的时候，气体信号所引起的电位变化并不明显，甚至处于一种“持续状态”，当在有挥发性气体的影响下就会有电位信号的显著变化。

通常研究人员把嗅觉信号看做为准数字信号，所以使用构造为表面波传感器的传感器阵列更加贴合生物系统。

信号沿着感受器轴突传输到神经元的神经纤维球中，处理完成之后输入到神经中枢。嗅球有大量的传入神经元和传出神经元组成，这种高度集成的整合神经元对于信号具有恐怖的计算能力，当然也具有很强大的容错性[4]。

典型电子鼻系统结构组成为：传感器阵列部分，信号处理部分，模式识别系统部分，由单片机或计算机作为中央处理器实现计算控制，数据输入输出。

    电子鼻系统的设计重点是气敏传感器阵列的设计，提高系统性能，在大多数情况下很大程度取决于传感器阵列是否合适。阵列大多是多个分立模块组成，也可单片集成。

在本课题中对实际量的测量，是以确定被测量值和获取测量的结果为目的的一些操作。所以，就是将被测量与同种性质标准量比较，确定被测量与标准量的倍数[5]。它们由式2.1示：

                                                     （2.1）

式中  x——被测量

      u——标准测量单位

     n——比值，含误差

把被测量标准量比值进行比较得出的的方法，就是测量方法。

    传感器常由敏感元件组成，敏感元件受热后阻值会改变，进而可以转换成电流或电压信号，传输给单片机进行信号处理。

    本设计使用DS18B20温度传感器。

    考虑到是汽车内部使用的温度传感器，又综合成本性能，所以使用DS18B20数字式的温度传感器。它无需任何外围硬件即可方便地进行温度测量，与单片机交换信息仅需要一根I/O口线。其供电电源可来源于单片机I/O口数据线，而无需额外电源。

    AT89C52的RD端用来与DS18B20通信，接5k的上拉电阻以增加该I/O的驱动能力，只需一片AT89C52就可实现DS18B20的温度读取。简化了硬件电路，提高了系统的可靠性而且还大大地降低了系统的硬件成本[6]。

    在AT89S52对DS18B20发出转换温度值命令初始化后，等待750ms(DS18B20最长转换时间)，从RD口读出温度值，对读的温度值做相应的数据处理。

    双列直插式DS18B20引脚，如图2.1。

                            图2.1 DS18B20引脚图

    本设计使用DS18B20型数字式温度传感器，其引脚功能如表2.3。

表2.3 DS18B20引脚说明

   DS18B20是数字式温度传感器，采用单总线型式接口，不用进行A/D转换。其测温电路原理图如图2.2所示。

图2.2 DS18B20测温电路原理图

    1．湿敏传感器介绍

   湿度传感器就是能够感受到环境湿度变化的传感器。由于湿度传感器是检测空气中水分子的含量的传感器，所以必须直接暴露在空气中。基于这样的情况，湿敏器件应具有稳定性好，寿命长的特点。

2．本设计的湿敏传感器

采用湿敏传感器进行车体内湿度检测及显示，并有后窗除湿电路。本设计使用的是半导体陶瓷湿敏电阻组成的SMC-2型湿敏电阻。其内部为多孔半导体陶瓷组成的金属氧化物半导体MgCrO4，它的导电率随着水蒸气的脱附吸附而发生变化[7]。其特性曲线如图2.3。

                     图2.3 SMC-2 湿敏元件特性曲线

图2.3为40℃时的SMC-2湿敏元件的特性曲线，输出电压较小，在0～10mV范围内，而ADC0809接受的电压范围是0～5V，因此半导体湿敏传感器需要电压放大。在实际测量时为了保证测量的精度，需要对器件进行清洗。SMC-2型湿度传感器具有很宽的测试范围。表2.4列出来SMC-2传感器的技术规格。

表2.4 SMC-2传感器技术规格表            

2.4.3 气敏传感器

气敏传感器指能将各种气体信息（成分，浓度）变成电信号的装置，可简称为气敏元件，在针对某种气体信息检测时又可被称为气敏传感器。根据工作原理将气敏传感器分为电学类，光学类，可见光吸收光度式，光干涉式，化学发光式和试纸光电度式和光离子化式，电化学式等。另外，还有声表面波式和光纤式等新型气敏传感器，以及微型气敏传感器，与一体化、智能化和图像化结合的新型或专用气敏传感器[8]。

气敏传感器的参数与特性各不相同，主要有灵敏度，响应时间，选择性，稳定性等。

    根据其特性选取合适的传感器非常重要。具体的分类及工作原理如表2.5所示。

表2.5 气敏传感器的分类

    2．本设计使用的气敏传感器

系统是检测车内酒精气体的含量，采用QMNJ-9型半导体酒精传感器。

由于SNO2气敏元件不仅对酒精敏感，而且对汽油、香烟也敏感，经常造成检测驾驶员是否饮酒的报警器发生误动作而不能普遍推广使用。所以必须选用对酒精敏感的QMNJ-9型酒精传感器，它可以有高度的灵敏性。

QMNJ-9型酒精气体传感器能够完成对酒精气体的检测，而且具有很高的精度。由于它具有很高的精度，所以QMNJ-9气体检测传感器常用于公共安全、警用和民用对酒精气体的检测。                 

                             图2.4 QMNJ-9气敏传感器的测试电路

    QMNJ-9型酒精气体传感器接触到酒精味A、B两端电阻值减小，B点电位升高，酒精越浓，B点电位越高。QMNJ-9气敏传感器的测试电路如图2.4所示。

    QMNJ-9主要性能指标：

   （1）气体：酒精气体

   （2）原理：半导体

   （3）回路电压：(VC)5～24V

   （4）电阻：(RL)0.5～10KΩ

   （5）加热电压：（VH）5±0.1V

   （6）加热功率：（P）约750 MW

   （7）灵敏度：R0(air)/RS (100ppmC2H5OH)＞5

   （8）响应时间：小于10秒

   （9）恢复时间：小于30秒

图2.5 QMNJ-9气敏传感器的特性曲线

由于气敏传感器的特殊性，在工作前进行加热，因为QMNJ-9需要在300℃才正常工作，所以要设计加热电路。其加热电路如图2.6。

图2.6 QMNJ-9传感器加热电路

传感器电路设计的基本思想：电路由三端稳压管1C7808输出8V的稳定电压，供给传感器的检测电路和加热电路。加热电路需要电压达到5V的才能正常工作，所以传感器的加热电路上串联一个电阻，这样有欧姆定律可知能够分到更多电压，使加热电路能够得到5V的正常工作电压。检测电路由QMNJ-9，R29和滑动变阻器W5组成，输出电压是R30和W5的压降输出[9]。                                                                          2.4.4 烟雾传感器

1．烟雾传感器介绍

烟雾传感器是通过检测烟雾浓度来实现火情预警。

    2．本设计使用的烟雾传感器是AF30L/38L半导体烟雾传感器。

检测方式：敏感元件表面的氧化还原反应。电源电压：4.5V～5.5V

    温度：-10～50℃  最大-10～60℃  湿度95%

    输出电压：3V～6V

    灵敏度：0.6+0.1V

AF30L/38L半导体烟雾传感器，敏感元件阻值随着烟雾浓度增加而减小 [10] 。输入+8V电压，经过电路中的稳压器7805提供给传感器+5V稳定电压。AF30L/38L半导体烟雾传感器测试电路如图2.7所示。

图2.7 AF30L/38L烟雾传感器测试电路

AF30L/38L输出电压为3V到6V，但电压范围不适合ADC0809的电压输入范围，所以要经电压转换。

系统整体设计思想含以下几个部分组成：传感器阵列，系统信号采集，信号调理及放大电路，单片机处理系统以及LCD显示器。

首先，传感器阵列（温度，烟雾，酒精，湿度）经过信号采样及调理电路，在到单片机处理，之后由LCD进行数据显示和报警提示。

    系统的整体工作程序为：系统上电，单片机先自动开始各项参数初始化。传感器阵列感受外界变化，进行信号采集，信号不能直接被单片机接收，须经信号调理电路以及信号转换电路才能传到单片机。单片机对采集信号进行处理，将温度信号和湿度信号显示在LCD显示器，并将检测到的烟雾，酒精浓度信号与设定值进行比较，若超过最初设定值，则发出警示信号，告诉相关人员撤离或采取补救措施。同时附加了后窗除湿电路系统和车内自动通风系统，湿度传感器检测到的信号判断后窗的湿度到达结雾结冰时，系统将启动除湿电路。当车外天气干燥时，湿度低于到设定值时，可以自动打开通风系统。

整个设计电路主要是传感器阵列部分，信号调理，信号转换，单片机信号处理以及LCD信号显示。

（1）四组传感器组成传感器阵列：阵列中含温度，湿度，烟雾，酒精传感器。其中，温度传感器采用DS18B20型温度传感器，湿度传感器采用SMC-2型湿度传感器，烟雾传感器采用AF30L/38L烟雾传感器，酒精气敏传感器使用QMNJ-9酒精气敏传感器。

（2）信号调理部分使运放电路进行输入信号调理，调理后信号送到A/D转换器进行模拟量到数字量进行转换。

（3）信号转换，指把模拟量转换成数字量，A/D转换器为ADC0809转换器。经处理后转换成数字量的信号送到单片机进行信号的再处理。

（4）单片机使用AT89C52型单片机，它是系统控制元件核心，系统的调控，数据的整理都由单片机完成。

（5）LCD显示器：LCD显示模块采用实用的LCD1602模块，实时显示实时采集的数据，显示出温/湿度数值[11]。

AT89C52型单片机有40个管脚，是当前常用的单片机。AT89C52单片机的引脚见图3.1。

    图3.1 AT89C52单片机管脚图

本设计中四组传感器输出信号各异，组成了传感器阵列。但不满足A/D转换器的输入电压范围，为提高数据精度，防损伤A/D转换器，经过信号的调理过程传感器阵列采集的信号才能送进A/D转换器。

本设计采用OP07构成三级反相放大器，每一级的放大倍数以不超过10倍为宜，总的放大倍数可按实际信号大小确定。每一级的反相输入端串入一个隔直电容使放大电路呈现高通特性；同时利用运放自身的低通特性，使二者结合构成所需放大器。

    OP07是高精度低失调电压的精密运放集成电路，用于微弱信号的放大，如果使用双电源，能达到最好的放大效果。广泛应用于稳定积分、比较器，绝对值电路、及微弱信号的精确放大，尤其适应于宇航、军工的应用。可和uA741，uA709，LM301，LM308，LF356，OP07，OP37，MAX427这些运放来直接代换。OP07是高精度低失调电压的精密运放集成电路，用于微弱信号的放大，如果使用双电源，能达到最好的放大效果下面介绍一下它的引脚图资料。

图3.2 OP07引脚图

     通常，传感器的输出是很小的电压、电流、电阻等电信号变化，而非数字信号。因此，数据必须进行调理。调理电路输出为合适传输，记录，显示的数据或者能更好地满足后续标准设备或装置要求的信号。

    例如传感器的输出电信号如果不在-10V到+10V范围内，那么在接入数模转换器时，首先要要经过信号调理电路。信号调理电路通常具有放大，电平移动，阻抗匹配，滤波，调制，解调等功能。温/湿度传感器采用集成的温湿度模块，信号可直接获取[12]。

本设计采用的AD转换器为ADC0809，此芯片的工作电压为+5V，为了更好的满足ADC0809的工作要求，需要经过电压转换。OP07放大电路如图3.3。

图3.3 信号放大电路

R1，R2定值电阻，A为放大倍数。

并且阻值可以成比例的增加。放大电路中的电压阻值选择见表3.1[8]。                              

                                                    （3.1）

表3.1 信号放大电路对应得电阻阻值

本电路采用的A/D转换器为ADC0809，8位逼近式A/D模数转换器。其内多路通道开关，根据地址码锁存译码后的信号，选通8路模拟输入信号中的一路进行A/D转换[13]。

ADC0809芯片包括28条引脚，有8个输入、输出，采用双列直插式封装，管脚如图3.4所示。下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：8路模拟量输入端

　　第1～8位：8位数字量输出

　　ADDA、ADDB、ADDC：3线地址输入，用于选通8模拟输入线路的一路

ALE：地址锁存允许，高电平输入时有效。

图3. 4 ADC0809管脚图

　　START： 模/数转换启动脉冲，输入一个正脉冲（不小于100ns）使其启动（脉冲上升沿使AD0809复位，下降沿开始启动模/数转换器）

　　EOC： 模/数转换结束输出，当模/数转换结束，输出高电平（转换期间一直为低电平）

　　OE：允许数据输出，高电平输入有效。当模拟量转换成数字量时，该端输入一个高电平，输出三态门才能打开，接着输出数字量

　　CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率小于640KHZ

　　REF（+）、REF（-）：基准电压

　　Vcc ：电源，+5V

　　GND：地

图3.5 ADC0809模数转换电路

ADC0809与调理变换后的信号连接电路如图3.5所示，ADC0809的地址由P2.0～P2.2决定。

ADC0809将各路输入信号转换成8位数字信号，之后传递给单片机的P0.0～P0.7输入输出端口。A、B、C三路地址输入引脚来决定具体进行哪一路信号的A/D转换。图A、图B、图C分别接到单片机的P2.2口、P2.1口、P2.0口，每个输入端口的地址范围如表3.2。

表3.2 ADC0809的输入端口地址

    1. 单片机与液晶显示器的连接

本系统用的是1602型LCD显示模块，它具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。可显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7和RS，R/W，EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能[4]。

LCD1602主要技术参数如下：

    显示容量：16×2 个字符；

    芯片工作电压：4.5—5.5V；

    工作电流：2.0mA(5.0V) ；

    模块最佳工作电压：5.0V ；

    字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm。

    LCD1602管脚封装如图3.6所示

图3.6 LCD1602 显示器的芯片引脚图

LCD1602各引脚接口说明如表3.3所示。

表3.3 LCD1602 接口信号说明

LCD1602采用标准的 14脚（无背光）或 16脚（带背光）接口。

    图3.7给出了它和AT89C52单片机的接口原理图。

图3.7 单片机与LCD1602显示屏的连接电路

2．单片机与报警电路的连接

本设计内含烟雾，酒精浓度传感器，工作前将设定初始值，当被测量超过设定值时，系统就会报警，提醒人员采取措施。图3.8为单片机与报警电路的连接图。

图3.8 单片机与报警电路的连接电路

在P2.4输出高电平后，导通三极管，喇叭放出报警信号。

    3．汽车内部智能通风装置

该换气扇自动控制电路如下。电路主要完成湿度检测，之后进行换气处理。电路主要由汽车电源VCC，湿敏传感器 SMC-2电路组成。这时，时基电路555为双稳态的工作模式。当湿敏传感器检测到的车内干燥，湿度情况低于最初的设定值时，P2.5处于高电平状态，所以VT1导通。从而555电路6脚输入的值低于阀值电平的1/3，555电路的8脚为高电平。VD3导通，SCR也导通，电机M开始工作。当检测到车内湿度过高时，湿敏元件的阻值下降明显，P2.5处于低电平。这时555电路的2脚输入超过阀值电平的2/3，8脚输出低电平信号，VD3截止，SCR截止，电动机停止运行，就可以使车内干燥的空气相对湿润。当湿度上升到标准时，这时可以自动启动车内车窗加热系统，对车内环境加热。车内自动通风电路如图3.9所示。

图3..9 车内自动通风电路

    4．汽车后窗玻璃自动去湿装置

    汽车后窗除湿电路在现代轿车中使用越来越广泛，汽车在行驶中，一旦产生车体内部和外界的温差，后窗就极容易结冰结露，又不容易被司机发现，影响司机视线。本电路将湿敏传感和除湿装置相结合，实现汽车后窗口自动去湿。

     图3.10 汽车后窗除湿电路

    图3.10为汽车后窗玻璃自动去湿装置原理，图中R28是加热电阻丝，J为线圈，J1是常开触点。半导晶体管V1，V2连成触发器电路，电阻R1，R2组成的电路接到V1的基极上。常温，常湿情况下，调节好各滑动电阻，P2.5端输出高电平，V1导通，V2截止，继电器J在不工作时，常开触点JI此时断开，无电流通过加热电阻RL。当汽车内外温差较大时，且湿度过大时，将导致湿敏电阻阻值变小，P2.5输出低电平，此时V I截止，V 2导通，使负载继电器J通电，控制常开触点闭合，加热电阻丝R28开始加热,随着玻璃镜面的温度逐步升高，镜面水汽被蒸发，从而使镜面恢复清晰，加热丝电阻加热的同时，指示灯点亮[6]。

    5．单片机的晶振电路

AT89C52单片机内部含可控的反相放大器，引脚XTAL l，XTAL 2为反相放大器的输入端和输出端，在XTALI，XTAL2上外接一个晶振和电容便组成振荡器。外部时钟电路如图3.11所示。

图3.11 单片机晶振电路

     6．单片机的复位电路

    AT89C52单片机的复位引脚RST是输入脚。在振荡器起振之后，RST引脚上输入2个机器周期的高电平，器件就会进入复位，此时，ALE，PSEN,P0，P1，P2，P3输出高电平，RST输入返回低电平，接着退出复位状态并开始工作[7]。利用RST的这个特性便可以设计复位电路。AT89C52单片机的复位电路如图3.12所示。

图3.12 单片机复位电路

电子鼻软件系统是一个重要组成部分，软件设计使用单片机的软件设计。软件由C语言实现，完成单片机系统对传感器的控制、计算、输入输出转换操作和通信等功能。软件由采集转换部分(ADC0809)、LCD驱动部分、主程序等部分构成。本次设计是以单片机作为中央处理器，系统总体结构框图如图4.1所示。

单片机在接收到开始信号后，首先进行初始化，进行相关数据的设计。初始化结束后，单片机启动传感器阵列进行数据采集，并对数据进行调理放大，并进行模数转换。然后将数字信号送至单片机进行信号处理，产生相应的显示，除湿及报警信号[8]。

系统的主程序主要负责初始化设定，像定时器，采样频率，波特率以及中断优先级的设定都会在主程序中进行编程。单片机主程序流程图4.1所示。

图4.1 单片机主程序流程图

    本设计采用ADC0809芯片对采集的信号进行转换，并将结果送入单片机。

ADC0809的操作包括启动A/D，读A/D结果。ADC0809内部无时钟线路，因此用单片机的定时器To时来产生时钟信号，由P2.7口进行输出，把时钟信号提供给AD转换器。ADC0809工作时，单片机首先发出启动信号，此时ADC0809对八路模拟量进行A/D转换，单片机的地址信号（P2.2—P2.0）决定具体进行哪路转换。单片机等时间发出判断信号，判断转换结束与否，接着对转换结束的数字信号进行再处理[9]。

本设计使用的液晶显示模块由中断0控制，当中断来临时，系统首先判断LCD显示器是否处于忙绿状态，如果处于忙绿状态，系统将处于等待状态；如LCD显示器处于空闲状态，单片机将会向LCD1602显示模块传送数据，进而显示相应参数[10]。LCD1602显示模块的工作流程图如图4.2。

图4.2 LCD1602 显示模块的工作流程图

随着汽车电子行业的进步，人们的安全意识的提高和人们对舒适度的注意，传感器在汽车中的使用越来越普遍，温度，湿度，酒精和烟雾等传感器维持着车体的最适环境和危险报警的目的。在信号与信息处理，自动控制原理，计算机理论上得到了广泛的应用。近年来也被引入了电子嗅觉系统，已引起广泛重视。对特征值提取后信息再处理就是模式识别。这是为获得气体的成分和浓度等信息。科研人员一般在选择识别算法时大多借助个人经验，但没有统一的评价标准和选用指导原则。评价电子鼻性能最主要的是识别精度。另外，实际应用中还应考虑最优算法，它有良好的运算速度。同时内存容量和抗干扰的能力等指标也是需要考虑的[11]。

本设计集成多种传感器于一体，方便简单，可以时刻保护生命财产安全。

我经过了三个多月完成了这个设计，中间遇到了很多的困难与挫折。经过自己的努力与老师的帮助，我收获了很多，自己也算是为大学画上了圆满句号。

我掌握了各类传感器的工作原理以及其工作方式，也其工作电路非常熟悉。设计使用了ADC0809和51系列单片机，A/D转换器，LCD。总之，让我把书本上的知识运用于实际，让我受益匪浅。

此次设计让我得到的结论：

集成多种传感器于一体的合理性与可行性，多种传感器共同工作，及时采集车体内各种信号，单片机对这些信号及时处理并作出相应。这种设计思想简单方便，而且非常实用。

由于个人的水平有限，设计中会有一些想法不周，设计失误的地方，所以这个设计还需要进行修订和改善。

这次毕业设计快要结束了，在常凤筠老师的指导之下，学生完成了基于单片机的传感器控制系统设计。很感谢常老师在这段时间给我的学术上的帮助在我学术道路地亲切指导。常老师治学严谨，知识渊博。她不仅指导我此次设计，还让我懂得了为人处事的道理，让我明白如何思考问题，解决难题。

从在最初搜集资料，整顿材料，到方案比选，确定，再到最终着手进行设计，每一步都环环相扣，紧密衔接，其中任何一个步骤的漏掉或者疏忽，都会对后续设计带来阻碍。总之，这个设计集合了我学生四年时间的知识总结，我自己能通过知识储备，在常老师帮助下完成此设计，我非常的高兴。

毕业设计结束了，在本次设计过程，我也深深领悟到知识理论的重要性，毕业设计不仅仅能帮助检测四年时间学习积累，更多地让我在设计中了解自我的能力，锻炼了自主学习意识。马上要离开辽宁科技大学了，四年光阴转瞬即逝，这份毕业设计是我大学最好的答卷。

[1] 陈书旺，张秀清，董建彬. 传感器应用及电路设计[M]. 化学工业出版社,2008

[2] 胡向东，刘京城，余成波. 传感器与检测技术[M]. 机械工业出版社,2010

[3] 李艳红，李海华，李元科. 传感器原理及其应用[M]． 北京理工大学出版社,2010

[4] 孙余凯，吴鸣山，项绮明．传感器应用电路300例[M]． 电子工业出版社,2008

[5]魏广芬，余隽. 电子鼻系统原理及技术[M]. 电子工业出版社．2014

[6]余成波，陶红艳. 传感器与现代检测技术[M]. 清华大学出版社．2015

[7]张洪润，张亚凡. 传感器原理及应用[M]. 清华大学出版社．2012

[8]M. Morris Mano. Digital Design. 3rd ed [M]Beijing: Pearson Education North Asia Limited and Higher Education press,2002.

[8]张志勇，王雪文. 现代传感器原理及应用[M]. 电子工业出版． 2016

[9]唐颖. 单片机原理及应用[M]. 北京大学出版社．2012

[10]栾淑利. 基于人工神经网络的酒精识别电子鼻研究[D] ．大连理工大学．2005

[11]刘丹. 基于GPS/GSM的车载禁酒系统[D]. 大连理工大学．2013

1. 程序

ADC0809程序：

（）

{

;

;

;

;

;

;               //

/**********延时函数************/

}

{

if(k<=2)

}

2. 系统总设计图