基于NodeMcu的無線WiFi煤氣報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、    基于nodemcu的無線wifi煤氣報(bào)警器的設(shè)計(jì)    白創(chuàng)+殷國豪+周丹+王長杰+肖連花+冷彬心摘要：針對傳統(tǒng)的煤氣報(bào)警器不可遠(yuǎn)程報(bào)警的缺陷，設(shè)計(jì)了一種基于nodemcu的煤氣報(bào)警系統(tǒng)。該裝置利用nodemcu單片機(jī)實(shí)施總控，通過mq-5可燃?xì)怏w傳感器對煤氣濃度進(jìn)行檢測，將檢測到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，由單片機(jī)對其進(jìn)行處理，得出具體濃度值，如超過預(yù)設(shè)值則發(fā)出報(bào)警信號， 最后通過nodemcu上自帶的esp8266 wifi 模塊發(fā)送報(bào)警信號到樂為物聯(lián)官網(wǎng)上創(chuàng)建的帳號內(nèi)以及樂為物聯(lián)的微信公眾號，用戶就可以通過網(wǎng)頁或者公眾號平臺就可以獲取濃度信息。實(shí)現(xiàn)

2、了遠(yuǎn)程無線濃度的傳輸、顯示與報(bào)警。通過測試，裝置每隔10秒發(fā)送一次濃度信息，當(dāng)濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)，裝置立刻發(fā)送短信以及微信雙重報(bào)警信息，以及時(shí)提醒用戶潛在危險(xiǎn)的存在。經(jīng)測試，煤氣濃度的測量范圍為010000ppm，精度為1ppm。關(guān)鍵詞：煤氣報(bào)警器；mq-5可燃?xì)怏w傳感器；nodemcu；樂為物聯(lián)一、煤氣報(bào)警系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)主要由煤氣濃度檢測模塊、a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、d/a數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、esp8266wifi模塊以及連接到互聯(lián)網(wǎng)的pc、智能手機(jī)等終端設(shè)備。mq-5傳感器檢測空氣中的煤氣濃度，經(jīng)過a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換，采集進(jìn)入nodemcu。nodemcu實(shí)時(shí)發(fā)送濃度數(shù)據(jù)給用戶帳號，在微信公眾號平臺以及

3、樂為物聯(lián)官網(wǎng)上顯示實(shí)時(shí)濃度值。根據(jù)實(shí)時(shí)濃度與預(yù)設(shè)安全濃度范圍比較，判斷是否超出正常范圍，若超出，則本地蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，單片機(jī)發(fā)出報(bào)警短信以及微信報(bào)警信息，并立刻自動(dòng)關(guān)閉電磁閥。解決了煤氣報(bào)警器不能遠(yuǎn)程監(jiān)控的缺陷，并使報(bào)警儀器與智能設(shè)備連接，通過微信平臺在手機(jī)上實(shí)時(shí)顯示，相當(dāng)于只要人們手機(jī)上有微信，就能人人攜帶一個(gè)報(bào)警裝置。大大降低了成本。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（1）硬件選型以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)mcu選取nodemcu作為控制核心，nodemcu是一款運(yùn)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(shí)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

4、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(shí)nodemcu還提供了事件驅(qū)動(dòng)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。利用mq-5氣體傳感器實(shí)現(xiàn)對空氣中的可燃?xì)怏w的檢測，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(shí)，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具有探測范圍廣、靈敏度高、響應(yīng)恢復(fù)快、穩(wěn)定性能好、壽命長、驅(qū)動(dòng)電路簡單等特點(diǎn)，從而被廣泛用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、

5、氫氣、人工煤氣等的探測，其探測范圍為30010000ppm。（2）硬件功能以及數(shù)據(jù)處理對esp8266封裝模塊esp12進(jìn)行擴(kuò)展，d1d10：均可復(fù)用為gpio，pw12c，1-wire；a0：1路adc；usb供電；usb轉(zhuǎn)串口調(diào)試接口。除此之外還有電源引腳，gnd，en等等。該系統(tǒng)用到了a0引腳，a0引腳為nodemcu a/d的輸入端，與mq-5的a0模擬輸出端相連，實(shí)現(xiàn)煤氣濃度數(shù)據(jù)的采集。因?yàn)橘徺I的mq-5模塊上的負(fù)載電阻是可調(diào)的，為了使測量范圍最大，將電阻調(diào)至1k，在excel上輸入幾個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，得到曲線對應(yīng)的函數(shù)。y=8.1421x4+563.89x3-1077.5x2+1285.

6、1x-195.11，其中，y為濃度（ppm），x為mq-5的a0輸出電壓。nodemcu的自帶的a/d為10位的，mq-5采集到的數(shù)字量傳入nodemcu后，經(jīng)過處理得到電壓值，公式為x=adc.read（0）*3.3/1024，得到采集到的電壓值，再代入上面的公式處理得到濃度值。三、軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)上電之后， 系統(tǒng)首先初始化，esp8266模塊連接上wifi，然后發(fā)送序列號，安全秘鑰連接上樂為物聯(lián)帳號，與相應(yīng)傳感器綁定；mq-5可燃?xì)怏w傳感器檢測空氣中的煤氣濃度，濃度值的變化引起電導(dǎo)率變化，電導(dǎo)率通過電路轉(zhuǎn)換為與該濃度對應(yīng)的輸出信號，通過a0端口將信號發(fā)送給nodemcu的a0端口，a/d接收

7、到模擬信號，將數(shù)據(jù)代入程序中的公式計(jì)算得到相應(yīng)的濃度值；將濃度值通過esp8266wifi模塊發(fā)送到樂為物聯(lián)的賬號上，此時(shí)進(jìn)行濃度是否正常的判斷，將濃度值與在樂為物聯(lián)官網(wǎng)上預(yù)設(shè)的安全濃度范圍進(jìn)行比較，若超過范圍，則通過wifi模塊向樂為物聯(lián)帳號發(fā)送微信報(bào)警信息，并同時(shí)發(fā)送短信報(bào)警信息通知用戶；并且本地蜂鳴器立刻發(fā)出報(bào)警聲，自動(dòng)關(guān)閉安裝在煤氣開關(guān)口的二重保護(hù)開關(guān)電磁閥。若未超出正常范圍，此時(shí)在pc上進(jìn)入樂為物聯(lián)官網(wǎng)登錄帳號或者登錄樂為物聯(lián)微信公眾號平臺，即可看到濃度的實(shí)時(shí)曲線。四、實(shí)驗(yàn)測試及結(jié)果為了達(dá)到測試系統(tǒng)能測量的濃度范圍，我們將點(diǎn)燃的紙巾生成的一氧化碳作為測量物來代替煤氣，避免安全事故的發(fā)

8、生。在測試過程中，用nodemcu上的led燈代替蜂鳴器和電磁閥。首先用戶用usb給nodemcu供電，觀察到nodemcu上esp8266模塊的藍(lán)燈閃爍一下，證明初始化完畢，打開電腦的wifi軟件，觀察到有一個(gè)設(shè)備連入，說明nodemcu連接wifi成功。我們將一張紙巾點(diǎn)燃，然后將產(chǎn)生的一氧化碳靠近傳感器，平臺上的最新濃度值立刻增大為182ppm，并顯示為黃色，說明超過了正常值范圍。在15：58：43時(shí)，煤氣濃度增大到了182ppm，此時(shí)，nodemcu上的led立刻亮起，微信馬上收到報(bào)警信息，短信也立刻發(fā)送到手機(jī)上。測試結(jié)果：測量數(shù)據(jù)表明，煤氣濃度與mq-5輸出電壓關(guān)系函數(shù)符合正常情況，正常情況下測量的煤氣濃度值也符合標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)濃度值超過預(yù)設(shè)的025ppm后，本地會(huì)立刻發(fā)起報(bào)警，也即本實(shí)驗(yàn)測試的led燈亮起，報(bào)警信息也會(huì)立刻發(fā)出，用戶能馬上收到信息，并能及時(shí)趕回家中處理。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論使用無線通信的報(bào)警器，使得攜帶更為方便，處理問題也更加高效，在手機(jī)上能實(shí)時(shí)查詢當(dāng)前室內(nèi)煤氣濃度，還可在官網(wǎng)查詢數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)的對比，以驗(yàn)證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的總成本在30塊錢左右，大大低于市面上的報(bào)警器價(jià)格，整個(gè)報(bào)警器所占空間很小，既降低了成本，又節(jié)省