殷國豪+周丹+王長杰+冷彬心+肖連花

【摘要】 為了能監(jiān)控室內(nèi)煤氣泄漏情況，研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能煤氣濃度監(jiān)測及報警系統(tǒng)，選用了MQ-5可燃?xì)怏w傳感器作為報警器的數(shù)據(jù)采集元件，當(dāng)檢測到到燃?xì)鈺r，ESP8266作為從機(jī)與通信主機(jī)PC機(jī)或者手機(jī)（上位機(jī)）聯(lián)系，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，燃?xì)膺_(dá)到一定濃度時，電阻達(dá)到一定水平，A/D采到的電壓就達(dá)到一定水平，當(dāng)判斷該電壓對應(yīng)濃度超過報警上限或者下限時，傳感器就可以發(fā)出聲光報警，然后通過作為遠(yuǎn)程通信設(shè)備的WiFi模塊（基于ESP8266的NodeMcu開發(fā)板）將警報信息傳送給用戶，并完成對電磁閥的開關(guān)操作。該系統(tǒng)可迅速準(zhǔn)確的測量空氣中煤氣濃度，適用于家用煤氣濃度報警，硬件部分具有實用性強，性價比高等特點。

【關(guān)鍵詞】 煤氣濃度檢測；MQ-5可燃?xì)怏w傳感器；ESP8266

1 引言

隨著社會的進(jìn)一步發(fā)展，新能源的進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，煤氣已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚哪茉戳?，但是煤氣泄漏事件時有發(fā)生，給人們的人身安全和財產(chǎn)安全帶來了很多隱患，這表明當(dāng)前的煤氣存儲運輸裝置都不夠完善，但作為老百姓，我們改變不了本質(zhì)上的問題，所以怎樣防止煤氣中毒與爆炸已成為不同大眾唯一也是必須要做的事情。為此我們開發(fā)研制了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能煤氣濃度監(jiān)測及報警系統(tǒng)，便于人們實時監(jiān)控室內(nèi)煤氣濃度，并及時發(fā)出報警信息警示人們濃度超過安全指標(biāo)。

計算機(jī)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發(fā)展起來。人們對居住環(huán)境要求的日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。家庭及住宅小區(qū)智能化的定義，在國際上至今尚無一致的般認(rèn)為，在現(xiàn)代化的城鄉(xiāng)住宅小區(qū)內(nèi)綜合采用微型計算機(jī)、自動控制、通信與網(wǎng)絡(luò)及智能卡等技術(shù)，建立一個由住宅小區(qū)綜合物業(yè)管理中心與安防系統(tǒng)、信息通信服務(wù)與管理系統(tǒng)和家庭智能化系統(tǒng)組成的“三合一”住宅小區(qū)服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，最終目的是使每一住戶得到滿足其要求的最佳方案。國家建設(shè)部規(guī)定，目前住宅小區(qū)應(yīng)實現(xiàn)六項智能化要求，其中包括實行安全防范系統(tǒng)自動化監(jiān)控管理；防盜報警系統(tǒng)應(yīng)安裝紅外或微波與煤氣泄漏報警器等各種類型報警探測器?；诖隧椧?guī)定，煤氣泄漏自動報警實現(xiàn)智能化勢在必行。

本文基于ESP8266物聯(lián)網(wǎng)，制作煤氣濃度檢測報警裝置，選用了MQ-5可燃?xì)怏w傳感器來作為報警器的核心部分。采用WIFI模塊作為我們的遠(yuǎn)程通信設(shè)備實現(xiàn)對煤氣濃度的實時監(jiān)測，利用短信及微信報警，根據(jù)報警信息可自動關(guān)閉電磁閥。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

該系統(tǒng)的工作原理是利用MQ-5氣體傳感器將煤氣濃度轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，此mv級信號經(jīng)過低通濾波器濾掉干擾信號，放大到0～3.3V后，傳入NodeMcu自帶的A/D轉(zhuǎn)換器中。變成數(shù)字量經(jīng)過NodeMcu數(shù)據(jù)處理，根據(jù)下面的煤氣濃度與電壓對比曲線，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)濃度數(shù)值，將數(shù)值通過WIFI模塊傳入樂為物聯(lián)云平臺，通過判斷語句，當(dāng)運算出的濃度數(shù)值不在通過云平臺設(shè)置的安全濃度范圍之內(nèi)時，樂為物聯(lián)平臺發(fā)送報警短信以及微信報警給用戶，NodeMcu通過把某引腳拉高，控制電磁閥，在此我們用光電二極管代替電磁閥，當(dāng)濃度超出時，二極管亮，正常情況下，二極管滅。報警系統(tǒng)主要包括：ESP8266單片機(jī)主控電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、WIFI通信模塊、變送器、電磁閥等。其工作流程為：采用主從工作模式。ESP8266單片機(jī)系統(tǒng)作為從機(jī)與通信主機(jī)PC機(jī)或者手機(jī)（上位機(jī)）聯(lián)系。第1級：PC機(jī)或手機(jī)可完成當(dāng)前煤氣濃度的顯示，以及實時濃度曲線的繪制，報警濃度上下限的設(shè)置，過去時間點的濃度查詢等操作。第2級：NodeMcu以及MQ-5完成煤氣濃度的采集，運算，并向PC機(jī)或手機(jī)發(fā)送濃度數(shù)據(jù)，并完成對電磁閥的開關(guān)操作。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1NodeMcu

NodeMcu是一款運行于樂鑫ESP8266芯片之中的可編程固件。它以lua語言為基礎(chǔ)，同時提供了封裝esp8266硬件操作的高級API，可以讓開發(fā)者以類似于arduino的方式與底層硬件打交道，使軟件開發(fā)人員輕松操作硬件設(shè)備同時NodeMcu還提供了事件驅(qū)動型的網(wǎng)絡(luò)API，Nodejs風(fēng)格的編程方式更是讓互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員如魚得水，對esp8266封裝模塊ESP12進(jìn)行擴(kuò)展，D1～D10：均可復(fù)用為GPIO，PWM，12C，1-Wire；A0：1路ADC；USB供電；USB轉(zhuǎn)串口調(diào)試接口。

3.2.MQ-5

MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-5氣體傳感器對丁烷、丙烷、甲烷靈敏度高，對甲烷和丙烷可較好的兼顧，這種傳感器可檢測多 種可燃性氣體，特別是液化氣（丙烷），是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。

4 系統(tǒng)測試

完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計后，系統(tǒng)對煤氣濃度進(jìn)行檢測，因為已經(jīng)把代碼載入NodeMcu中，所以用戶只需要用USB給NodeMcu供電，模塊會自動連接上家里的WIFI，并且連接上樂為物聯(lián)云平臺，用戶可進(jìn)入官網(wǎng)，登錄帳號，便可以實時查看濃度曲線了，還可以通過云平臺的傳感器菜單修改報警濃度上下限，以及是否發(fā)送報警短信或者報警微信。用戶也可以直接關(guān)注樂為物聯(lián)微信公眾號，綁定帳號，即可以在手機(jī)上查看濃度曲線，更加簡單便捷。附圖：因為已經(jīng)把代碼載入NodeMcu中，所以用戶只需要用USB給NodeMcu供電，模塊會自動連接上家里的WIFI，并且連接上樂為物聯(lián)云平臺，用戶可進(jìn)入官網(wǎng)，登錄帳號，便可以實時查看濃度曲線了，還可以通過云平臺的傳感器菜單修改報警濃度上下限，以及是否發(fā)送報警短信或者報警微信。用戶也可以直接關(guān)注樂為物聯(lián)微信公眾號，綁定帳號，即可以在手機(jī)上查看濃度曲線，更加簡單便捷。附圖：

5 結(jié)論

系統(tǒng)以ESP8366為主控核心，采用MQ-5可燃?xì)怏w傳感器作為報警器的數(shù)據(jù)采集元件，研發(fā)設(shè)計的報警器能對室內(nèi)煤氣濃度進(jìn)行實時監(jiān)控，具有較高的靈敏性、可靠性，同時性價比高、操作比較簡潔。適用于人們?nèi)粘Ｉ钪杏糜诜婪睹簹庑孤┦录?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] 龔翔，李亞杰，高學(xué)平，等.基于GSM 的燃?xì)鈭缶到y(tǒng)[J].機(jī)械工程與自動化，2011（2）：178-180

[2]陳志旺，陳志茹，閻巍山，等.51系列單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010

[3]張先庭.單片機(jī)原理、接口與C51應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010