同事都羡慕的多功能神器！告别甲醛、PM2.5，预防烟雾火焰

智能物联研习社 | 2021-04-19 17:11:03 阅读：5151

在快节奏的都市生活下，大多数人 90% 的时间被“封印”在室内，要么在办公室，要么在家。殊不知，看不见、摸不着的室内安全危机可能潜伏在四周。近年来，我们逐渐对室内环境的健康与安全提出了更精细化、智能化的需求，环境检测仪则扮演了家居、办公等场景的“安全小卫士”。

但据调查发现，现有市面上的环境检测仪存在如下痛点：

功能单一，检测结果不精准；
无法与空气净化器/燃气阀等其他设备智能联动；
无法手机 App远程查看；
价格太高，无法接受；

怎么办？怎么办？怎么办？

为了解决上述这些痛点，我们设计了一款新的个人健康空气管理智能硬件方案，环境安全卫士。

该方案功能强大，可以检测当前环境中甲醛，PM2.5 的浓度，并且将这两个数值在涂鸦 App 中实时显示。还可以实时监控烟雾，燃气，火焰这三种物质的浓度，当检测对象的浓度超过一定值时，会触发报警，联动其他智能设备，保障用户自身和财产安全。

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物料清单硬件 (7)软件 (3) 其它 (6)

WB3S 云模组数量：1由涂鸦智能开发的一款低功耗嵌入式Wi-Fi+BLE 双协议模组。它由一个高集成度的无线射频芯片BK7231T和少量外围器件构成，内置了Wi-Fi网络协议栈和丰富的库函数。

四通道模拟多路复用/解复用器芯片 RS2255 数量：1一款是数字控制的模拟开关，它的导通电阻只有24欧姆，漏电流只有1nA。

ZE08-CH2O 甲醛传感器模组数量：1模组利用电化学原理，对空气中存在的CH2O进行探测，具有良好的选择性，稳定性。

ZPH02 空污粉尘传感器数量：1整合了红外 PM2.5 检测原理和较为成熟的 VOC 检测技术，能够同时检测环境中 PM2.5 和 VOC。

MQ-2 烟雾传感器数量：1可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、苯、烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。

火焰检测红外接收管数量：1探测火源或波长在 700 ～ 1000 nm 范围内的热源。

（可选）一路继电器数量：1当异常发生时，自动断开 220V 市电，降低损失。

该方案运用涂鸦智能 Wi-Fi+Bluetooth LE 模组，通过模组与多种环境传感器进行交互，采集对应物质的数据，例如甲醛与 PM2.5 浓度等物质，并将数据上传至涂鸦云平台。用户通过手机 App 即可查看当前空气中甲醛和 PM2.5，以及燃气、火焰、烟雾等有害物质的实时情况，一旦出现数据超标情况，App 会迅速报警提示。

步骤第一步：选择硬件方案一：主控方案

主控单元选择 WB3S 模组。WB3S 模组是一款低功耗嵌入式 Wi-Fi+BLE 双协议模组。它由一个高集成度的无线射频芯片 BK7231T 和少量外围器件构成，内置了 Wi-Fi 网络协议栈和丰富的库函数。

由于模组的 ADC 口资源不足，我们还需对其进行适当修改，拓展 ADC 接口。在电路中增加一款四通道模拟多路复用/解复用器芯片 RS2255，这是一款是数字控制的模拟开关，导通电阻只有 24 Ω，漏电流只有 1nA。

本方案使用了较多传感器，为了减少走线，使整体更加简洁美观，主控板需要引出各种传感器接口，而且各个模块与主控板的通信接口电平存在不匹配的现象，模块供电电压也存在差异。为了解决上述问题：

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1：甲醛检测传感器方案

本方案采用通用型、小型化的 ZE08-CH2O 型电化学甲醛模组。

模组利用电化学原理，对空气中存在的CH2O进行探测，具有良好的选择性，稳定性。内置温度传感器，可进行温度补偿。同时具有数字输出与模拟电压输出，方便使用。

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PM 2.5 检测采用 ZPH02 空污粉尘传感器。它整合了红外 PM2.5 检测原理和较为成熟的 VOC 检测技术，能够同时检测环境中 PM2.5 和 VOC。

该传感器中 PM2.5 检测采用粒子计数原理，可灵敏检测直径 1μm 以上灰尘颗粒物，VOC 传感器对有机挥发气体具有极高的灵敏度。

3：烟雾检测传感器方案

烟雾检测采用MQ-2烟雾传感器，该传感器可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、苯、烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。

4：燃气检测传感器方案

燃气检测采用MQ-4气体传感器。该传感器对甲烷，天燃气有很高的灵敏度，广泛适用于家用气体泄漏报警器、工业可燃气体报警器、便携式气体检测器。

5：火焰检测方案

火焰检测采用红外接收管。该管可以探测火源或波长在 700 ～ 1000 nm 范围内的热源。

当无红外光照时，有很小的饱和和反向漏电流（暗电流），此时光敏管不导通。
当有红外光照时，饱和反向漏电流马上增加，形成光电流，在一定的范围，它随入射光强度的增大而增大。

为了减少开发周期，本次采购了市面上常见的火焰传感器模组：

六：拓展应用场景

为了增加产品的可使用性，我们选择了一款带台灯的插座，对其进行改造。

将环境安全卫士固定在台灯支架上，在检测房间空气质量的同时，还可以检测插座上的设备是否出现火灾等危险情况。例如，对手机等锂电池设备供电引发的安全问题进行提前通知。

当然，您也可以根据自身需求，将本环境安全卫士和其他设备进行关联。

台灯内可增加一路继电器控制，当异常发生时，自动断开 220V 市电，降低损失。

第二步：硬件搭建一：组合传感器

由于之前已经设计了转接板，因此该步骤比较简单，只需要根据结构空间要求，将各个传感器模组安插在对应的位置上，并完成焊接固定。

为了使走线更加精简，可直接将甲醛传感器的VCC，GND，TXD 焊到 P5 的VCC、GND、RXD，其他传感器同理。

二：整机搭建

将台灯的灯罩拆开，可以看到里面的 LED 灯板和两根正负电源线，用电烙铁等工具将 LED 灯板拆除。
将台灯底座的四个海绵垫拆除，卸下螺丝，可以拆除底座。
将主控板固定在灯罩区域适当位置，将两根正负电源线分别焊到主控板上的 P6 端。这样，当按下插座上的台灯按钮时，插座就可以给主控板提供 5V 电压，注意区分正负极。
修改台灯电路，在火线电路中串入一个继电器，并引出继电器控制线。
将上一步引出的控制线焊于主控板 P2 的 Sig 处，并安装灯罩，底座。

当然，您也可以激发自己创意，给它穿上不同外衣。

这样，整机搭建基本完成。

另外，也可以根据自己的创意，设计出其他外观，如下所示

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第三步：在涂鸦 IoT 平台创建产品

进入涂鸦 IoT 平台，点击创建产品。分类：选择传感 > 多功能传感器方案：选择自定义方案协议：选择 WIFI+蓝牙
根据自身需要选择功能。若缺少自身需要的功能，可自定义功能，根据实际需求进行配置。

选择 App 面板，开始调试时可选择调试面板，后面可根据自身需要进行自由配置面板。
选择开发方式，下载 SDK 和相关文件。我们选择 SDK 开发，使用 WB3S 模组进行开发。

第四步：固件开发

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本 Demo 代码是基于 1.0.2 协议版本的 SDK 进行开发的。如果您第一次接触 SoC 开发，可以在涂鸦 GitHub Repo 上拉取代码进行学习和开发。该代码中的 apps/template-demo 相对简单，可在其基础上进行开发。

本 Demo 主要是通过串口、ADC、检测引脚高低电平三种方式获取传感器信息的。下面将以这三种方式进行简单的介绍。

一：串口类传感器（甲醛和 PM 2.5）

甲醛传感器相关资料
PM2.5传感器资料

通过阅读甲醛传感器的资料我们可以发现，传感器数据上传格式和计算方法如下：

 /***********************************************************
 *   Function:  get_ch2o_sensor_value
 *   Input:     none
 *   Output:    none
 *   Return:    none
 *   Notice:    得到并上传甲醛的数据
 ***********************************************************/
static VOID get_ch2o_sensor_value(VOID)
{
    UINT_T  buff_ret, find_head_index = 0;
    // 甲醛数据高位，低位
    UCHAR_T ch2o_data_high, ch2o_data_low;
    // 校验和
    UCHAR_T check_sums = 0x00;
    // 串口数据缓存区
    UCHAR_T ch2o_receive_buffer[CH2O_BUFFER_SIZE];
    // 指向甲醛数据头部
    UCHAR_T *p_ch2o_value = NULL;

    memset(ch2o_receive_buffer, 0, sizeof(ch2o_receive_buffer));

    // 读取串口数据
    bk_uart_recv(CH2O_SENSOR_UART, ch2o_receive_buffer, CH2O_BUFFER_SIZE, 0xFFFF);

    // for (find_head_index = 0; find_head_index<CH2O_BUFFER_SIZE; find_head_index++) {
    //     PR_NOTICE("ch2o_receive_buffer[%d] = %02x", find_head_index, ch2o_receive_buffer[find_head_index]);
    // }

    //寻找 ch2o 传感器发送过来的头部
    for (find_head_index = 0; find_head_index<CH2O_BUFFER_SIZE; find_head_index++) {
        if (ch2o_receive_buffer[find_head_index] == 0xff && \
            ch2o_receive_buffer[find_head_index+1] == 0x17 && \
            ch2o_receive_buffer[find_head_index+2] == 0x04){
            //PR_NOTICE("find head is %d", find_head_index);
            break;
        }
    }

    //本次采集数据不完整
    if (find_head_index > 11) {
        PR_ERR("ch2o get uart data no complete!");
        return;
    }

    //将指针指向 ch2o 数据中的头部
    p_ch2o_value = ch2o_receive_buffer + find_head_index;

    //检验和，确认读取的数据的准确性
    check_sums = ch2o_check_sum(p_ch2o_value, 9);
    if (check_sums != *(p_ch2o_value + 8)) {
        PR_ERR("ch2o check_sums error");
        return;
    }

    ch2o_data_high = *(p_ch2o_value+4);
    ch2o_data_low = *(p_ch2o_value+5);

    gs_air_box.ch2o_value = ch2o_data_high * 256 + ch2o_data_low;

    //PR_NOTICE("ch2o value is : %d .", gs_air_box.ch2o_value);

    //上传 ch2o 数据到涂鸦云
    updata_dp_single(gs_air_box.dp_ch2o_value, PROP_VALUE, gs_air_box.ch2o_value);

    return;
}

校验和的计算方式为：

校验和 = (取反（Byte1+Byte2+......+Byte7))+1

 /***********************************************************
 *   Function:  ch2o_check_sum
 *   Input:     none
 *   Output:    none
 *   Return:    none
 *   Notice:    甲醛数据校验和
 ***********************************************************/
static UCHAR_T ch2o_check_sum(UCHAR_T *data, UCHAR_T len)
{
    UCHAR_T i, tempq = 0;
    data += 1; //指向data[1]

    for(i=0; i<(len-2); i++)
    {
        tempq += *data;
        data++;
    }

    tempq = (~tempq) + 1;

    return (tempq);
}

PM 2.5 数据的获取方法和甲醛数据很相似，这里不再过多介绍。

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第五步：整机演示一：实时显示当前空气状况

烧录授权完成后，设备就可以正常配网了。有关模组烧录授权的详情，请参考 WB 系列模组烧录授权。

连接 Wi-Fi，打开蓝牙，按照配网流程成功配网后，即可使用涂鸦智能 App 控制设备。已经配网成功的设备，可长按按键再次进入配网模式。环境安全卫士在 App 上的显示界面：

二：报警

当烟雾，燃气或者火焰三者中有一种的浓度大于设定值，则涂鸦智能 App 会显示报警状态，并且断开 220V 电压。环境安全卫士在 App 上的显示界面：

到此，就完成“安全小卫士”咯~是不是很心动，快来DIY属于自己的多功能环境检测仪吧~

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