【真香現(xiàn)場】為老婆 DIY 一款集多功能于一身的環(huán)境檢測儀,守護家人健康全靠它!【內附原理圖+源代碼】
近日,剛入住新房,老婆說:“家里有沒有甲醛超標呀!? 總感覺聞著一股味兒~"
我頓時心里一緊,感覺被無形的、摸不著的危害威脅著生命。
心想:“不行、不行,一定要買個環(huán)境檢測儀,來檢測一下!”
家中老小的健康安全,促使我打開了X寶,準備入手個環(huán)境檢測儀。
但......(急剎車!)
定睛一看,環(huán)境監(jiān)測儀怎么那么貴,并不是說"剁手”就能“剁手”的(緊緊裹住自己小錢袋)!
而且,市面上大多數(shù)的環(huán)境監(jiān)測儀并沒有擁有多功能的性能,難道要買好幾個不同功能點的儀器嗎?
NO! 既燒錢,又麻煩 !
靈機一動,不如自制一個環(huán)境檢測儀,實時檢測空氣健康安全,在家,在公司,隨時拿出來測一測,節(jié)能環(huán)保,健康安全!
有了想法,必須付諸實踐~畢竟不是光說說的!
先來張定妝照~
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開啟動我的DIY之路~
先給大家介紹幾款簡單的傳感器,如果大家有別的傳感器,也可以采用!
一、甲醛檢測
ZE08-CH2O型電化學甲醛模組,是一個通用型、小型化模組,利用電化學原理對空氣中存在的CH2O進行探測,具有良好的選擇性,穩(wěn)定性。內置溫度傳感器,可進行溫度補償;同時具有數(shù)字輸出與模擬電壓輸出,方便使用。
具體電氣參數(shù)如圖:
注 釋 : 氣 體 濃 度 值 (PPB)=( 氣 體 濃 度 高 位 *256+ 氣 體 濃 度 低 位 ). 當 轉 換 為 PPM 時 : PPM= PPB/1000.
1PPM×1.25 = 1.25mg/m3.
其中Byte8校驗值=(取反(Byte1+Byte2+……+Byte7))+ 1
二、PM2.5檢測
PM2.5檢測采用ZPH02 空污粉塵傳感器。它整合了紅外PM2.5檢測原理和較為成熟的VOC檢測技術,能夠實現(xiàn)對同一環(huán)境中PM2.5和VOC的同時檢測。
該傳感器中PM2.5檢測采用粒子計數(shù)原理,可靈敏檢測直徑1μm以上灰塵顆粒物,VOC傳感器對有機揮發(fā)氣體具有極高的靈敏度。
具體電氣參數(shù)如圖:
備注:
對PM2.5 的計算:
舉例:傳感器發(fā)出一幀正常數(shù)據(jù)中,第 3位 0X12,第 4位 0X13。則表示:傳感器輸出的占空比為18.19%。
串口模式下低脈沖率輸出范圍 0.5%-50%。
對 VOC氣體檢測:
每一幀數(shù)據(jù)中第 7位表示 VOC輸出,直接輸出 0x01-0x04四個等級,依次對應“優(yōu)、良、中、差”,無傳感器
或故障時顯示 0x00;
其中Byte8校驗值=(取反(Byte1+Byte2+……+Byte7))+ 1
三、煙霧檢測
煙霧檢測采用MQ-2煙霧傳感器,該傳感器可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置,
適宜于液化氣、苯、烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。
傳感器靈敏度曲線如圖
為了減少開發(fā)周期,本次采購了MQ-2煙霧傳感器模組
該模塊原理圖如下
如圖可知,可以通過檢測AO端的電平電壓,來判斷煙霧大?。妷涸礁撸瑹熿F濃度越高)。
四、燃氣檢測
燃氣檢測采用MQ-4氣體傳感器,該傳感器對甲烷,天燃氣有很高的靈敏度,廣泛適用于家庭用氣體泄漏報警器、工業(yè)用可燃氣體報警器以及便攜式氣體檢測器。電氣特性如下
傳感器靈敏度曲線如圖
為了減少開發(fā)周期,本次采購了MQ-4氣體傳感器模組。該模組的原理圖和MQ-2煙霧傳感器模組相同,可以通過檢測AO端的電平電壓,來判斷燃氣濃度(電壓越高,燃氣濃度越高)。
五、火焰檢測
火焰檢測采用紅外接收管,該管可以用來探測火源或其它一些波長在700納米~1000納米范圍內的熱源。當無紅外光照時,有很小的飽和和反向漏電流(暗電流),此時光敏管不導通。當有紅外光照時,飽和反向漏電流馬上增加,形成光電流,在一定的范圍,它隨入射光強度的增大而增大。
為了減少開發(fā)周期,本次采購了市面上常見的火焰?zhèn)鞲衅髂=M
原理圖如下
可以通過檢測AO端的電平電壓,來判斷火勢的強弱(電壓越低,火勢越強)。
1、環(huán)境安全衛(wèi)士電路設計
到此步,大家肯定都已經選擇好心儀的環(huán)境傳感器,接著就帶大家基于這些傳感器,設計一款環(huán)境安全衛(wèi)士電路~
主控單元選擇WB3S 模組,這是一款由涂鴉智能開發(fā)的低功耗嵌入式Wi-Fi+BLE 雙協(xié)議模組。它由一個高集成度的無線射頻芯片BK7231T和少量外圍器件構成,內置了Wi-Fi網絡協(xié)議棧和豐富的庫函數(shù)。由于ADC口資源不足,我們還需對其進行適當修改,拓展ADC接口,具體措施是在電路中增加一款四通道模擬多路復用/解復用器芯片——RS2255。這是一款是數(shù)字控制的模擬開關,它的導通電阻只有24歐姆,漏電流只有1nA。
另外,本方案使用了較多傳感器,為了減少走線,使整體更加簡潔美觀,主控板需要引出各種傳感器接口,而且各個模塊與主控板的通信接口電平存在不匹配的現(xiàn)象,模塊供電電壓也存在差異。
為了解決上述問題,具體原理圖設計如下
PCB如下
原理圖與PCB查看:
下載地址
原理圖
PCB
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2、環(huán)境安全衛(wèi)士實物搭建
這一步結束,大家肯定也都完成了環(huán)境安全衛(wèi)士電路設計,接下來就要把PCB文件發(fā)給PCB廠家進行打樣。
這個過程,很培養(yǎng)大家的動手能力,看著枯燥卻又會帶著歡樂,當然也要注意安全,別被烙鐵燙著。
電容電阻三極管焊好之后,接下來就比簡單啦。只需要根據(jù)結構空間要求,將各個傳感器模塊安插在對應的位置上,并完成焊接固定。
為了使走線更加精簡,可直接將甲醛傳感器的VCC,GND,TXD焊到P5的VCC,GND,RXD,其他傳感器同理。
全部焊好之后,效果如圖:
怎么樣,是不是有點小開心~
但是可能也有同學覺得太丑,光禿禿的,都是電路。
別急!為了增加產品的可使用性,我選擇了一款帶臺燈的插座,對其進行改造,將環(huán)境安全衛(wèi)士固定在臺燈支架上,這樣在檢測房間空氣質量的同時,還可以檢測插座上的設備是否出現(xiàn)火災等危險情況,尤其是可以對手機等這類鋰電池設備充電引發(fā)的安全問題惡化之前進行提前通知,防止災難的進一步發(fā)生。
當然,用戶也可以根據(jù)自身需求,將本環(huán)境安全衛(wèi)士和其他設備進行關聯(lián)。
臺燈內可增加一路繼電器控制,當異常發(fā)生時,自動斷開220V市電,降低損失。
以上相關準備工作完成后,接下來就可以開始正式的產品搭建工作。
1.將臺燈的燈罩拆開,可以看到里面的LED燈板和兩根正負電源線,用電烙鐵等工具將LED燈板拆除
2.將臺燈底座的四個海綿墊拆除,卸下螺絲,可以拆除底座
3.將主控板固定在燈罩區(qū)域適當位置,將兩根正負電源線分別焊到主控板上的P6端,這樣當按下插座上的“臺燈”按鈕時,插座就可以給主控板提供5V電壓,注意區(qū)分正負極。
4.修改臺燈電路,在火線電路中串入一個繼電器,并引出繼電器控制線
5.將上一步引出的控制線焊于主控板P2的Sig處,并安裝燈罩,底座。
當然,我們也可以激發(fā)自己創(chuàng)意,給它穿上不同外衣
這樣,整機搭建基本完成。
另外,也可以根據(jù)自己的創(chuàng)意,設計出其他外觀,比如:
外形結構文件下載鏈接
上罩殼
下罩殼
下面,講一講關于固件開發(fā) part~
3、環(huán)境安全衛(wèi)士固件開發(fā)
開發(fā)環(huán)境是在Linux下進行開發(fā)的,環(huán)境搭建和SDK的拉取可以在涂鴉 github 上的倉庫 上進行學習。
該代碼是基于1.0.2版本的 SDK 進行開發(fā)的,第一次接觸soc開發(fā)的同學,可以在 涂鴉github上的倉庫 上拉取代碼進行學習和開發(fā)。該代碼中的 apps/template-demo 比較簡單,可在該代碼的基礎上進行學習或開發(fā)。
本 demo可在github上下載源代碼 ,下載完成源代碼后,將代碼放入SDK里面的APPS文件夾下。進行編譯下載就可以了。編譯后的產物中會出現(xiàn)QIO,UA,UG文件其中QIO是生產固件,UA是用戶去固件,UG是升級固件。
本 demo主要是通過3種方式進行獲取傳感器信息的,分別是串口,adc,檢測引腳高低電平。下面將以這三種方式進行簡單的介紹。
1.串口類傳感器:甲醛,pm2.5
甲醛傳感器相關資料
PM2.5傳感器資料
通過閱讀甲醛傳感器的資料我們可以發(fā)現(xiàn),傳感器數(shù)據(jù)上傳格式和計算方法如下:
校驗和的計算方式為:
PM2.5的獲取方法和甲醛的很相似,這里不再過多介紹。
2.ADC類傳感器:燃氣傳感器,煙霧傳感器
相關資料
由于在WB3S上只要一個ADC,所以我們這里用RS2255 芯片進行復用,引腳選擇如下:
ADC初始化:
ADC采集:
煙霧傳感器,數(shù)據(jù)獲?。?/p>
燃氣傳感器和煙霧相似,這里就不再過多介紹。
3.檢測引腳高低電平獲取狀態(tài):火焰?zhèn)鞲衅?/p>
火焰?zhèn)鞲衅?,檢測到火焰后斷開220v電源,重啟后220v通電,防止發(fā)生意外情況。
4.設備初始化:
啟動時,先對環(huán)境安全衛(wèi)士相關的外設和引腳進行初始化設置,創(chuàng)建信號量,傳感器預熱,預熱完成后釋放信號量,開始采集。
預熱完成釋放信號量:
傳感器采集數(shù)據(jù)任務輪詢函數(shù):
整機演示1.實時顯示當前空氣狀況
燒錄授權 完成后,設備就可以正常配網了。連接WiFi,打開藍牙,按照配網流程成功配網后,即可使用app控制設備。已經配網成功的設備,可長按按鍵再次進入配網模式。
環(huán)境安全衛(wèi)士APP顯示界面:
2.報警
當煙霧,燃氣或者火焰三者中有一種的濃度大于設定值,則app會顯示報警狀態(tài),并且斷開220V電壓。
至此,我們已經成功完成多功能環(huán)境安全衛(wèi)士的開發(fā)~搓搓手,原來DIY一款如此高級的環(huán)境檢測儀也是如此簡單~
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心動不如行動~ 老鐵們!在家、在公司也能讓室內環(huán)境變得更健康、安全!有趣又省錢的難道不香嗎?
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