基于ESP8266物聯網的煤氣濃度檢測報警裝置

殷國豪+周丹+王長杰+冷彬心+肖連花

【摘要】 為了能監控室內煤氣泄漏情況，研發了基于物聯網的智能煤氣濃度監測及報警系統，選用了MQ-5可燃氣體傳感器作為報警器的數據采集元件，當檢測到到燃氣時，ESP8266作為從機與通信主機PC機或者手機（上位機）聯系，傳感器電阻隨燃氣濃度而變化，燃氣達到一定濃度時，電阻達到一定水平，A/D采到的電壓就達到一定水平，當判斷該電壓對應濃度超過報警上限或者下限時，傳感器就可以發出聲光報警，然后通過作為遠程通信設備的WiFi模塊（基于ESP8266的NodeMcu開發板）將警報信息傳送給用戶，并完成對電磁閥的開關操作。該系統可迅速準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。

【關鍵詞】 煤氣濃度檢測；MQ-5可燃氣體傳感器；ESP8266

1 引言

隨著社會的進一步發展，新能源的進一步發現，煤氣已經成為人們日常生活中必不可少的能源了，但是煤氣泄漏事件時有發生，給人們的人身安全和財產安全帶來了很多隱患，這表明當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。為此我們開發研制了基于物聯網的智能煤氣濃度監測及報警系統，便于人們實時監控室內煤氣濃度，并及時發出報警信息警示人們濃度超過安全指標。

計算機的普及和信息技術的迅猛發展，人們己不滿足于傳統的居住環境，對家庭及住宅小區提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發展起來。人們對居住環境要求的日見增高，體現在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。家庭及住宅小區智能化的定義，在國際上至今尚無一致的般認為，在現代化的城鄉住宅小區內綜合采用微型計算機、自動控制、通信與網絡及智能卡等技術，建立一個由住宅小區綜合物業管理中心與安防系統、信息通信服務與管理系統和家庭智能化系統組成的“三合一”住宅小區服務與管理集成系統，最終目的是使每一住戶得到滿足其要求的最佳方案。國家建設部規定，目前住宅小區應實現六項智能化要求，其中包括實行安全防范系統自動化監控管理；防盜報警系統應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?；诖隧椧幎ǎ簹庑孤┳詣訄缶瘜崿F智能化勢在必行。

本文基于ESP8266物聯網，制作煤氣濃度檢測報警裝置，選用了MQ-5可燃氣體傳感器來作為報警器的核心部分。采用WIFI模塊作為我們的遠程通信設備實現對煤氣濃度的實時監測，利用短信及微信報警，根據報警信息可自動關閉電磁閥。

2 系統方案設計

該系統的工作原理是利用MQ-5氣體傳感器將煤氣濃度轉換為模擬電壓信號，此mv級信號經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轉換器中。變成數字量經過NodeMcu數據處理，根據下面的煤氣濃度與電壓對比曲線，將數字量轉換為相應濃度數值，將數值通過WIFI模塊傳入樂為物聯云平臺，通過判斷語句，當運算出的濃度數值不在通過云平臺設置的安全濃度范圍之內時，樂為物聯平臺發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，當濃度超出時，二極管亮，正常情況下，二極管滅。報警系統主要包括：ESP8266單片機主控電路、A/D轉換電路、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單片機系統作為從機與通信主機PC機或者手機（上位機）聯系。第1級：PC機或手機可完成當前煤氣濃度的顯示，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機或手機發送濃度數據，并完成對電磁閥的開關操作。

3 系統硬件設計

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，同時提供了封裝esp8266硬件操作的高級API，可以讓開發者以類似于arduino的方式與底層硬件打交道，使軟件開發人員輕松操作硬件設備同時NodeMcu還提供了事件驅動型的網絡API，Nodejs風格的編程方式更是讓互聯網開發人員如魚得水，對esp8266封裝模塊ESP12進行擴展，D1～D10：均可復用為GPIO，PWM，12C，1-Wire；A0：1路ADC；USB供電；USB轉串口調試接口。

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率較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器所處環境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。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），是一款適合多種應用的低成本傳感器。

4 系統測試

完成系統的硬件設計和軟件設計后，系統對煤氣濃度進行檢測，因為已經把代碼載入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云平臺，用戶可進入官網，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，以及是否發送報警短信或者報警微信。用戶也可以直接關注樂為物聯微信公眾號，綁定帳號，即可以在手機上查看濃度曲線，更加簡單便捷。附圖：因為已經把代碼載入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云平臺，用戶可進入官網，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，以及是否發送報警短信或者報警微信。用戶也可以直接關注樂為物聯微信公眾號，綁定帳號，即可以在手機上查看濃度曲線，更加簡單便捷。附圖：

5 結論

系統以ESP8366為主控核心，采用MQ-5可燃氣體傳感器作為報警器的數據采集元件，研發設計的報警器能對室內煤氣濃度進行實時監控，具有較高的靈敏性、可靠性，同時性價比高、操作比較簡潔。適用于人們日常生活中用于防范煤氣泄漏事件。

參考文獻：

[1] 龔翔，李亞杰，高學平，等.基于GSM 的燃氣報警系統[J].機械工程與自動化，2011（2）：178-180

[2]陳志旺，陳志茹，閻巍山，等.51系列單片機系統設計與實踐[M].北京：電子工業出版社，2010

[3]張先庭.單片機原理、接口與C51應用程序設計[M].北京：國防工業出版社，2010