同事都羨慕的多功能神器！告別甲醛、PM2.5，預防煙霧火焰

在快節奏的都市生活下，大多數人 90% 的時(shí)間被“封印”在室內，要么在辦公室，要么在家。殊不知，看不見(jiàn)、摸不著(zhù)的室內安全危機可能潛伏在四周。近年來(lái)，我們逐漸對室內環(huán)境的健康與安全提出了更精細化、智能化的需求，環(huán)境檢測儀則扮演了家居、辦公等場(chǎng)景的“安全小衛士”。

但據調查發(fā)現，現有市面上的環(huán)境檢測儀存在如下痛點(diǎn)：

• 功能單一，檢測結果不精準；

• 無(wú)法與空氣凈化器/燃氣閥等其他設備智能聯(lián)動(dòng)；

• 無(wú)法手機 App遠程查看；

• 價(jià)格太高，無(wú)法接受；

  
  

怎么辦？怎么辦？怎么辦？

為了解決上述這些痛點(diǎn)，我們設計了一款新的個(gè)人健康空氣管理智能硬件方案，環(huán)境安全衛士。

該方案功能強大，可以檢測當前環(huán)境中甲醛，PM2.5 的濃度，并且將這兩個(gè)數值在涂鴉 App 中實(shí)時(shí)顯示。還可以實(shí)時(shí)監控煙霧，燃氣，火焰這三種物質(zhì)的濃度，當檢測對象的濃度超過(guò)一定值時(shí)，會(huì )觸發(fā)報警，聯(lián)動(dòng)其他智能設備，保障用戶(hù)自身和財產(chǎn)安全。

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物料清單硬件 (7)軟件 (3) 其它 (6)

• WB3S 云模組 數量：1由涂鴉智能開(kāi)發(fā)的一款低功耗嵌入式Wi-Fi+BLE 雙協(xié)議模組。它由一個(gè)高集成度的無(wú)線(xiàn)射頻芯片BK7231T和少量外圍器件構成，內置了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧和豐富的庫函數。

• 四通道模擬多路復用/解復用器芯片 RS2255 數量：1一款是數字控制的模擬開(kāi)關(guān)，它的導通電阻只有24歐姆，漏電流只有1nA。

• ZE08-CH2O 甲醛傳感器模組 數量：1模組利用電化學(xué)原理，對空氣中存在的CH2O進(jìn)行探測，具有良好的選擇性，穩定性。

• ZPH02 空污粉塵傳感器數量：1整合了紅外 PM2.5 檢測原理和較為成熟的 VOC 檢測技術(shù)，能夠同時(shí)檢測環(huán)境中 PM2.5 和 VOC。

• MQ-2 煙霧傳感器數量：1可用于家庭和工廠(chǎng)的氣體泄漏監測裝置，適宜于液化氣、苯、烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。

• 火焰檢測紅外接收管數量：1探測火源或波長(cháng)在 700 ～ 1000 nm 范圍內的熱源。

• （可選）一路繼電器數量：1當異常發(fā)生時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi) 220V 市電，降低損失。

該方案運用涂鴉智能 Wi-Fi+Bluetooth LE 模組，通過(guò)模組與多種環(huán)境傳感器進(jìn)行交互，采集對應物質(zhì)的數據，例如甲醛與 PM2.5 濃度等物質(zhì)，并將數據上傳至涂鴉云平臺。用戶(hù)通過(guò)手機 App 即可查看當前空氣中甲醛和 PM2.5，以及燃氣、火焰、煙霧等有害物質(zhì)的實(shí)時(shí)情況，一旦出現數據超標情況，App 會(huì )迅速報警提示。

步驟第一步：選擇硬件方案一：主控方案

主控單元選擇 WB3S 模組。WB3S 模組是一款低功耗嵌入式 Wi-Fi+BLE 雙協(xié)議模組。它由一個(gè)高集成度的無(wú)線(xiàn)射頻芯片 BK7231T 和少量外圍器件構成，內置了 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧和豐富的庫函數。

由于模組的 ADC 口資源不足，我們還需對其進(jìn)行適當修改，拓展 ADC 接口。在電路中增加一款四通道模擬多路復用/解復用器芯片 RS2255，這是一款是數字控制的模擬開(kāi)關(guān)，導通電阻只有 24 Ω，漏電流只有 1nA。

本方案使用了較多傳感器，為了減少走線(xiàn)，使整體更加簡(jiǎn)潔美觀(guān)，主控板需要引出各種傳感器接口，而且各個(gè)模塊與主控板的通信接口電平存在不匹配的現象，模塊供電電壓也存在差異。為了解決上述問(wèn)題：

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1：甲醛檢測傳感器方案

本方案采用通用型、小型化的 ZE08-CH2O 型電化學(xué)甲醛模組。

模組利用電化學(xué)原理，對空氣中存在的CH2O進(jìn)行探測，具有良好的選擇性，穩定性。內置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補償。同時(shí)具有數字輸出與模擬電壓輸出，方便使用。

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PM 2.5 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(shù)，能夠同時(shí)檢測環(huán)境中 PM2.5 和 VOC。

該傳感器中 PM2.5 檢測采用粒子計數原理，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。

3：煙霧檢測傳感器方案

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(chǎng)的氣體泄漏監測裝置，適宜于液化氣、苯、烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。

4：燃氣檢測傳感器方案

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，廣泛適用于家用氣體泄漏報警器、工業(yè)可燃氣體報警器、便攜式氣體檢測器。

5：火焰檢測方案

火焰檢測采用紅外接收管。該管可以探測火源或波長(cháng)在 700 ～ 1000 nm 范圍內的熱源。

• 當無(wú)紅外光照時(shí)，有很小的飽和和反向漏電流（暗電流），此時(shí)光敏管不導通。

• 當有紅外光照時(shí)，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(kāi)發(fā)周期，本次采購了市面上常見(jiàn)的火焰傳感器模組：

六：拓展應用場(chǎng)景

為了增加產(chǎn)品的可使用性，我們選擇了一款帶臺燈的插座，對其進(jìn)行改造。

將環(huán)境安全衛士固定在臺燈支架上，在檢測房間空氣質(zhì)量的同時(shí)，還可以檢測插座上的設備是否出現火災等危險情況。例如，對手機等鋰電池設備供電引發(fā)的安全問(wèn)題進(jìn)行提前通知。

當然，您也可以根據自身需求，將本環(huán)境安全衛士和其他設備進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

臺燈內可增加一路繼電器控制，當異常發(fā)生時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi) 220V 市電，降低損失。

第二步：硬件搭建一：組合傳感器

由于之前已經(jīng)設計了轉接板，因此該步驟比較簡(jiǎn)單，只需要根據結構空間要求，將各個(gè)傳感器模組安插在對應的位置上，并完成焊接固定。

為了使走線(xiàn)更加精簡(jiǎn)，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。

二：整機搭建

1. 將臺燈的燈罩拆開(kāi)，可以看到里面的 LED 燈板和兩根正負電源線(xiàn)，用電烙鐵等工具將 LED 燈板拆除。

2. 將臺燈底座的四個(gè)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域適當位置，將兩根正負電源線(xiàn)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(shí)，插座就可以給主控板提供 5V 電壓，注意區分正負極。

4. 修改臺燈電路，在火線(xiàn)電路中串入一個(gè)繼電器，并引出繼電器控制線(xiàn)。

5. 將上一步引出的控制線(xiàn)焊于主控板 P2 的 Sig 處，并安裝燈罩，底座。

當然，您也可以激發(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，也可以根據自己的創(chuàng )意，設計出其他外觀(guān)，如下所示

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第三步：在涂鴉 IoT 平臺創(chuàng )建產(chǎn)品

1. 進(jìn)入 涂鴉 IoT 平臺，點(diǎn)擊創(chuàng )建產(chǎn)品。分類(lèi)：選擇 傳感 > 多功能傳感器方案：選擇 自定義方案協(xié)議：選擇 WIFI+藍牙

2. 根據自身需要選擇功能。若缺少自身需要的功能，可自定義功能，根據實(shí)際需求進(jìn)行配置。

1. 選擇 App 面板，開(kāi)始調試時(shí)可選擇調試面板，后面可根據自身需要進(jìn)行自由配置面板。

2. 選擇開(kāi)發(fā)方式，下載 SDK 和相關(guān)文件。我們選擇 SDK 開(kāi)發(fā)，使用 WB3S 模組進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

第四步：固件開(kāi)發(fā)

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本 Demo 代碼 是基于 1.0.2 協(xié)議版本的 SDK 進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。如果您第一次接觸 SoC 開(kāi)發(fā)，可以在 涂鴉 GitHub Repo 上拉取代碼進(jìn)行學(xué)習和開(kāi)發(fā)。該代碼中的 apps/template-demo 相對簡(jiǎn)單，可在其基礎上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

本 Demo 主要是通過(guò)串口、ADC、檢測引腳高低電平三種方式獲取傳感器信息的。下面將以這三種方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

• 甲醛傳感器相關(guān)資料

• PM2.5傳感器資料

通過(guò)閱讀甲醛傳感器的資料我們可以發(fā)現，傳感器數據上傳格式和計算方法如下：

 /***********************************************************
 *   Function:  get_ch2o_sensor_value
 *   Input:     none
 *   Output:    none
 *   Return:    none
 *   Notice:    得到并上傳甲醛的數據
 ***********************************************************/
static VOID get_ch2o_sensor_value(VOID)
{
    UINT_T  buff_ret, find_head_index = 0;
    // 甲醛數據高位，低位
    UCHAR_T ch2o_data_high, ch2o_data_low;
    // 校驗和
    UCHAR_T check_sums = 0x00;
    // 串口數據緩存區
    UCHAR_T ch2o_receive_buffer[CH2O_BUFFER_SIZE];
    // 指向甲醛數據頭部
    UCHAR_T *p_ch2o_value = NULL;

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

    // 讀取串口數據
    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]);
    // }

    //尋找 ch2o 傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的頭部
    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;
        }
    }

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

    //將指針指向 ch2o 數據中的頭部
    p_ch2o_value = ch2o_receive_buffer + find_head_index;

    //檢驗和，確認讀取的數據的準確性
    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);

    //上傳 ch2o 數據到涂鴉云
    updata_dp_single(gs_air_box.dp_ch2o_value, PROP_VALUE, gs_air_box.ch2o_value);

    return;
}

校驗和的計算方式為：

校驗和 = (取反（Byte1+Byte2+......+Byte7))+1

 /***********************************************************
 *   Function:  ch2o_check_sum
 *   Input:     none
 *   Output:    none
 *   Return:    none
 *   Notice:    甲醛數據校驗和
 ***********************************************************/
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 數據的獲取方法和甲醛數據很相似，這里不再過(guò)多介紹。

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第五步：整機演示一：實(shí)時(shí)顯示當前空氣狀況

燒錄授權完成后，設備就可以正常配網(wǎng)了。有關(guān)模組燒錄授權的詳情，請參考 WB 系列模組燒錄授權。

連接 Wi-Fi，打開(kāi)藍牙，按照配網(wǎng)流程成功配網(wǎng)后，即可使用涂鴉智能 App 控制設備。已經(jīng)配網(wǎng)成功的設備，可長(cháng)按按鍵再次進(jìn)入配網(wǎng)模式。環(huán)境安全衛士在 App 上的顯示界面：

二：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，則涂鴉智能 App 會(huì )顯示報警狀態(tài)，并且斷開(kāi) 220V 電壓。環(huán)境安全衛士在 App 上的顯示界面：

到此，就完成“安全小衛士”咯~是不是很心動(dòng)，快來(lái)DIY屬于自己的多功能環(huán)境檢測儀吧~

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