同事都羨慕的多功能神器！告別甲醛、PM2.5，預(yù)防煙霧火焰

在快節(jié)奏的都市生活下，大多數(shù)人 90% 的時(shí)間被“封印”在室內(nèi)，要么在辦公室，要么在家。殊不知，看不見、摸不著的室內(nèi)安全危機(jī)可能潛伏在四周。近年來(lái)，我們逐漸對(duì)室內(nèi)環(huán)境的健康與安全提出了更精細(xì)化、智能化的需求，環(huán)境檢測(cè)儀則扮演了家居、辦公等場(chǎng)景的“安全小衛(wèi)士”。

但據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有市面上的環(huán)境檢測(cè)儀存在如下痛點(diǎn)：

• 功能單一，檢測(cè)結(jié)果不精準(zhǔn)；

• 無(wú)法與空氣凈化器/燃?xì)忾y等其他設(shè)備智能聯(lián)動(dòng)；

• 無(wú)法手機(jī) App遠(yuǎn)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?cè)O(shè)計(jì)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(wèi)士。

該方案功能強(qiáng)大，可以檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境中甲醛，PM2.5 的濃度，并且將這兩個(gè)數(shù)值在涂鴉 App 中實(shí)時(shí)顯示。還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)熿F，燃?xì)?，火焰這三種物質(zhì)的濃度，當(dāng)檢測(cè)對(duì)象的濃度超過(guò)一定值時(shí)，會(huì)觸發(fā)報(bào)警，聯(lián)動(dòng)其他智能設(shè)備，保障用戶自身和財(cái)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(shù)量：1由涂鴉智能開發(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)線射頻芯片BK7231T和少量外圍器件構(gòu)成，內(nèi)置了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和豐富的庫(kù)函數(shù)。

• 四通道模擬多路復(fù)用/解復(fù)用器芯片 RS2255 數(shù)量：1一款是數(shù)字控制的模擬開關(guān)，它的導(dǎo)通電阻只有24歐姆，漏電流只有1nA。

• ZE08-CH2O 甲醛傳感器模組 數(shù)量：1模組利用電化學(xué)原理，對(duì)空氣中存在的CH2O進(jìn)行探測(cè)，具有良好的選擇性，穩(wěn)定性。

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

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

• 火焰檢測(cè)紅外接收管數(shù)量：1探測(cè)火源或波長(zhǎng)在 700 ～ 1000 nm 范圍內(nèi)的熱源。

• （可選）一路繼電器數(shù)量：1當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，自動(dòng)斷開 220V 市電，降低損失。

該方案運(yùn)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(duì)應(yīng)物質(zhì)的數(shù)據(jù)，例如甲醛與 PM2.5 濃度等物質(zhì)，并將數(shù)據(jù)上傳至涂鴉云平臺(tái)。用戶通過(guò)手機(jī) App 即可查看當(dāng)前空氣中甲醛和 PM2.5，以及燃?xì)?、火焰、煙霧等有害物質(zhì)的實(shí)時(shí)情況，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)情況，App 會(huì)迅速報(bào)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)線射頻芯片 BK7231T 和少量外圍器件構(gòu)成，內(nèi)置了 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和豐富的庫(kù)函數(shù)。

由于模組的 ADC 口資源不足，我們還需對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)修改，拓展 ADC 接口。在電路中增加一款四通道模擬多路復(fù)用/解復(fù)用器芯片 RS2255，這是一款是數(shù)字控制的模擬開關(guān)，導(dǎo)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，使整體更加簡(jiǎn)潔美觀，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(xiàn)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(cè)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(duì)空氣中存在的CH2O進(jìn)行探測(cè)，具有良好的選擇性，穩(wěn)定性。內(nèi)置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補(bǔ)償。同時(shí)具有數(shù)字輸出與模擬電壓輸出，方便使用。

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PM 2.5 檢測(cè)采用 ZPH02 空污粉塵傳感器。它整合了紅外 PM2.5 檢測(cè)原理和較為成熟的 VOC 檢測(cè)技術(shù)，能夠同時(shí)檢測(cè)環(huán)境中 PM2.5 和 VOC。

該傳感器中 PM2.5 檢測(cè)采用粒子計(jì)數(shù)原理，可靈敏檢測(cè)直徑 1μm 以上灰塵顆粒物，VOC 傳感器對(duì)有機(jī)揮發(fā)氣體具有極高的靈敏度。

3：煙霧檢測(cè)傳感器方案

煙霧檢測(cè)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(cè)裝置，適宜于液化氣、苯、烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。

4：燃?xì)鈾z測(cè)傳感器方案

燃?xì)鈾z測(cè)采用MQ-4氣體傳感器。該傳感器對(duì)甲烷，天燃?xì)庥泻芨叩撵`敏度，廣泛適用于家用氣體泄漏報(bào)警器、工業(yè)可燃?xì)怏w報(bào)警器、便攜式氣體檢測(cè)器。

5：火焰檢測(cè)方案

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

• 當(dāng)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(dǎo)通。

• 當(dāng)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(qiáng)度的增大而增大。

為了減少開發(fā)周期，本次采購(gòu)了市面上常見的火焰?zhèn)鞲衅髂＝M：

六：拓展應(yīng)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(tái)燈的插座，對(duì)其進(jìn)行改造。

將環(huán)境安全衛(wèi)士固定在臺(tái)燈支架上，在檢測(cè)房間空氣質(zhì)量的同時(shí)，還可以檢測(cè)插座上的設(shè)備是否出現(xiàn)火災(zāi)等危險(xiǎn)情況。例如，對(duì)手機(jī)等鋰電池設(shè)備供電引發(fā)的安全問(wèn)題進(jìn)行提前通知。

當(dāng)然，您也可以根據(jù)自身需求，將本環(huán)境安全衛(wèi)士和其他設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

臺(tái)燈內(nèi)可增加一路繼電器控制，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，自動(dòng)斷開 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(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)接板，因此該步驟比較簡(jiǎn)單，只需要根據(jù)結(jié)構(gòu)空間要求，將各個(gè)傳感器模組安插在對(duì)應(yīng)的位置上，并完成焊接固定。

為了使走線更加精簡(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(jī)搭建

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

2. 將臺(tái)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(qū)域適當(dāng)位置，將兩根正負(fù)電源線分別焊到主控板上的 P6 端。這樣，當(dāng)按下插座上的 臺(tái)燈 按鈕時(shí)，插座就可以給主控板提供 5V 電壓，注意區(qū)分正負(fù)極。

4. 修改臺(tái)燈電路，在火線電路中串入一個(gè)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(dāng)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(jī)搭建基本完成。

另外，也可以根據(jù)自己的創(chuàng)意，設(shè)計(jì)出其他外觀，如下所示

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第三步：在涂鴉 IoT 平臺(tái)創(chuàng)建產(chǎn)品

1. 進(jìn)入 涂鴉 IoT 平臺(tái)，點(diǎn)擊創(chuàng)建產(chǎn)品。分類：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(lán)牙

2. 根據(jù)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(jù)實(shí)際需求進(jìn)行配置。

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

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

第四步：固件開發(fā)

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

本 Demo 主要是通過(guò)串口、ADC、檢測(cè)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(xiàn)，傳感器數(shù)據(jù)上傳格式和計(jì)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(shù)據(jù)
 ***********************************************************/
static VOID get_ch2o_sensor_value(VOID)
{
    UINT_T  buff_ret, find_head_index = 0;
    // 甲醛數(shù)據(jù)高位，低位
    UCHAR_T ch2o_data_high, ch2o_data_low;
    // 校驗(yàn)和
    UCHAR_T check_sums = 0x00;
    // 串口數(shù)據(jù)緩存區(qū)
    UCHAR_T ch2o_receive_buffer[CH2O_BUFFER_SIZE];
    // 指向甲醛數(shù)據(jù)頭部
    UCHAR_T *p_ch2o_value = NULL;

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

    // 讀取串口數(shù)據(jù)
    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(shù)據(jù)不完整
    if (find_head_index > 11) {
        PR_ERR("ch2o get uart data no complete!");
        return;
    }

    //將指針指向 ch2o 數(shù)據(jù)中的頭部
    p_ch2o_value = ch2o_receive_buffer + find_head_index;

    //檢驗(yàn)和，確認(rèn)讀取的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(shù)據(jù)到涂鴉云
    updata_dp_single(gs_air_box.dp_ch2o_value, PROP_VALUE, gs_air_box.ch2o_value);

    return;
}

校驗(yàn)和的計(jì)算方式為：

校驗(yàn)和 = (取反（Byte1+Byte2+......+Byte7))+1

 /***********************************************************
 *   Function:  ch2o_check_sum
 *   Input:     none
 *   Output:    none
 *   Return:    none
 *   Notice:    甲醛數(shù)據(jù)校驗(yàn)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(shù)據(jù)的獲取方法和甲醛數(shù)據(jù)很相似，這里不再過(guò)多介紹。

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第五步：整機(jī)演示一：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前空氣狀況

燒錄授權(quán)完成后，設(shè)備就可以正常配網(wǎng)了。有關(guān)模組燒錄授權(quán)的詳情，請(qǐng)參考 WB 系列模組燒錄授權(quán)。

連接 Wi-Fi，打開藍(lán)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(shè)備。已經(jīng)配網(wǎng)成功的設(shè)備，可長(zhǎng)按按鍵再次進(jìn)入配網(wǎng)模式。環(huán)境安全衛(wèi)士在 App 上的顯示界面：

二：報(bào)警

當(dāng)煙霧，燃?xì)饣蛘呋鹧嫒咧杏幸环N的濃度大于設(shè)定值，則涂鴉智能 App 會(huì)顯示報(bào)警狀態(tài)，并且斷開 220V 電壓。環(huán)境安全衛(wèi)士在 App 上的顯示界面：

到此，就完成“安全小衛(wèi)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(cè)儀吧~

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