劉俊琪，王黎明，侯 亮，周 旸，郭天賜

（吉林農(nóng)業(yè)科技學院 電氣與信息工程學院，吉林 長春 132101）

基于有害氣體的物聯(lián)網(wǎng)檢測系統(tǒng)設計

劉俊琪，王黎明，侯 亮，周 旸，郭天賜

（吉林農(nóng)業(yè)科技學院 電氣與信息工程學院，吉林 長春 132101）

針對目前室內(nèi)有害氣體檢測方面存在的問題，文章介紹了一種能夠?qū)崟r監(jiān)測室內(nèi)有害氣體濃度的預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由氣體傳感器、單片機、GPRS等模塊構成，其中以ZigBee cc2530為主要核心，能實現(xiàn)對有害氣體的檢測與數(shù)據(jù)傳送，可通過電腦或手機進行實時監(jiān)測。該傳感器網(wǎng)絡具有工作穩(wěn)定、精度高等特點。

ZigBee cc2530；氣體傳感器MQ-2；傳感器網(wǎng)絡

1 有害氣體檢測研究

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，有害氣體在人們的生活中越來越常見，而這一現(xiàn)象在裝修房屋時體現(xiàn)得尤為明顯。但目前市面上有害氣體的監(jiān)測系統(tǒng)都存在很多問題[1]：

（1）多為現(xiàn)場檢測；線路多，不易挪動。

（2）操作復雜；很多家庭疲于檢測。這就導致了許多家庭在買房后對房間進行裝修時難以對其所散發(fā)的有害氣體引起注意，長此以往很容易患上例如白血病等類似疾病。所以對此提出一種適合于室內(nèi)的有害氣體監(jiān)測設備，通過手機移動終端App的應用開發(fā)來對有害氣體進行實時監(jiān)控。用手機來給人們預報有害氣體殘余量的具體情況是便捷且有效的，具有較高的性價比，能夠在日常生活中保護用戶身體健康。

2 系統(tǒng)的設計

該檢測設備通過氣體檢測節(jié)點來檢測有害氣體的濃度，通過ZigBee自組網(wǎng)傳輸給ZigBee協(xié)調(diào)器，最終利用ZigBee協(xié)調(diào)器上的WiFi模塊[2]傳輸給上位機或手機，根據(jù)對室內(nèi)有害氣體存余量的實時掌握來人為控制房屋通風時間的長短。數(shù)據(jù)采集節(jié)點的設計如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集節(jié)點的設計

2.1 氣體檢測儀的數(shù)據(jù)采集節(jié)點的設計

圖2為氣體采集節(jié)點的設計，包括ZigBee cc2530、有害氣體檢測系統(tǒng)MQ-2。其中ZigBee cc2530是一種短距離、低功耗的無線通信技術，具有體積小、成本低、可靠性高等特點。

圖2 氣體采集節(jié)點的設計

而MQ-2型傳感器對有害氣體[3]有很高的靈敏度。當其與有害氣體接觸時，晶粒間界處的勢壘受到該有害氣體的調(diào)制而變化，就會引起電導率的變化。利用這一點即可獲得有害氣體存在的信息。有害氣體濃度越大，電導率越大。當氣體濃度高于設定值時，輸出為低電平，用0表示；當氣體濃度為正常狀態(tài)值時為高電平，用1表示。電路原理如圖3所示。

圖3 MQ-2電路原理示意

2.2 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)器的硬件設計

數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)器由ZigBee cc2530和WiFi模塊組成。ZigBeecc2530技術是一種介于無限標記技術和藍牙之間的技術提案，主要用于近距離無線連接。WiFi模塊的功能是將串口或TTL電平轉為符合WiFi無線網(wǎng)絡通信標準的嵌入式模塊。ZigBee協(xié)調(diào)器利用WiFi模塊中的ESP8266將檢測到的數(shù)據(jù)信息傳送到手機或上位機中。

2.3 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)器的軟件設計

通過無線設備建立ZigBee網(wǎng)絡[4]，從而進入無線監(jiān)控狀態(tài)，監(jiān)測空氣中的無線信號并發(fā)送數(shù)據(jù)，遇到監(jiān)測節(jié)點時則自動申請加入網(wǎng)絡，分配網(wǎng)絡地址，最終加入監(jiān)測節(jié)點列，無信號時則進行無限循環(huán)，最后進行數(shù)據(jù)處理，發(fā)送到上位機或手機機終端，如果出現(xiàn)異常則啟動報警系統(tǒng)。如圖4所示。

3 上位機的設計

上位機的作用是監(jiān)控各系統(tǒng)的運行情況，當現(xiàn)場檢測設備工作時，上位機能很好地顯示出各系統(tǒng)之間的狀態(tài)（如正常、報警、故障等）。上位機的設計一般是使用VB開發(fā)，通過控件來發(fā)送和接收串口數(shù)據(jù)，通過人為控制作出決策，然后再通過串口發(fā)送出去。

上位機的設計特別適合于數(shù)據(jù)的遠、近距離的傳送，方便了人們對有害氣體濃度的實時監(jiān)測與控制[5]，為有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)的家庭化提供了可能。

4 結語

完成了對軟硬件的設計與調(diào)試并通過最終的實驗表明，該系統(tǒng)設備實現(xiàn)了最初的目標。

總而言之，該系統(tǒng)具有實用性強、價格低廉、操作簡單、易于普及等多個優(yōu)點，可以對室內(nèi)的有害氣體濃度作出正確的判斷，從而保證了用戶的健康。在環(huán)境檢測等方面有著廣闊的應用前景和發(fā)展空間。

圖4 系統(tǒng)流程

[1]范奧博，鐵治欣，吳銘程，等.室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的設計[J]. 浙江理工大學學報，2015（5）：382-389.

[2]陳文周.WiFi技術研究及應用[J].數(shù)據(jù)通信，2008（2）：14-17.

[3]單慧琳，張銀勝，李春，等.室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].電子技術與軟件工程，2014（22）：151-152.

[4]李俊斌，胡永忠.基于cc2530的ZigBee通信網(wǎng)絡的應用設計[J].電子設計工程，2011（16）：108-111.

[5]楊萌，趙亮.基于ZigBee技術的無線傳感網(wǎng)絡研究[J].電子技術與軟件工程，2015（1）：34.

Design of Internet of Things detection system based on harmful gas

Liu Junqi, Wang Liming, Hou Liang, Zhou Yang, Guo Tianci
（Electrical and Information Engineering College of Agriculture Science and Technology College, Changchun 132101, China）

Aiming at the problems existing in the detection of harmful gases indoor, an early warning system capable of real-time monitoring of indoor harmful gas concentration is introduced in this paper. The system consists of gas sensors, single-chip and GPRS and other module, among them, Zigbee cc2530 is the main core, which can realize the detection and data transmission of harmful gas, and carries out monitoring through computer or mobile phone. The sensor network has the characteristics of stable work and high precision.

Zigbee cc2530; gas sensor MQ-2; sensor networks

劉俊琪（1996— ），女，新疆昌吉，本科；研究方向：信號處理與檢測。