【真香現(xiàn)場(chǎng)】為老婆 DIY 一款集多功能于一身的環(huán)境檢測(cè)儀,守護(hù)家人健康全靠它!【內(nèi)附原理圖+源代碼】
近日,剛?cè)胱⌒路?,老婆說:“家里有沒有甲醛超標(biāo)呀!? 總感覺聞著一股味兒~"
我頓時(shí)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(gè)環(huán)境檢測(cè)儀,來檢測(cè)一下!”
家中老小的健康安全,促使我打開了X寶,準(zhǔn)備入手個(gè)環(huán)境檢測(cè)儀。
但......(急剎車!)
定睛一看,環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)儀并沒有擁有多功能的性能,難道要買好幾個(gè)不同功能點(diǎn)的儀器嗎?
NO! 既燒錢,又麻煩 !
靈機(jī)一動(dòng),不如自制一個(gè)環(huán)境檢測(cè)儀,實(shí)時(shí)檢測(cè)空氣健康安全,在家,在公司,隨時(shí)拿出來測(cè)一測(cè),節(jié)能環(huán)保,健康安全!
有了想法,必須付諸實(shí)踐~畢竟不是光說說的!
先來張定妝照~
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開啟動(dòng)我的DIY之路~
先給大家介紹幾款簡(jiǎn)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(cè)
ZE08-CH2O型電化學(xué)甲醛模組,是一個(gè)通用型、小型化模組,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。
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(dāng) 轉(zhuǎn) 換 為 PPM 時(shí) : PPM= PPB/1000.
1PPM×1.25 = 1.25mg/m3.
其中Byte8校驗(yàn)值=(取反(Byte1+Byte2+……+Byte7))+ 1
二、PM2.5檢測(cè)
PM2.5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?qū)崿F(xiàn)對(duì)同一環(huán)境中PM2.5和VOC的同時(shí)檢測(cè)。
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。
具體電氣參數(shù)如圖:
備注:
對(duì)PM2.5 的計(jì)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(duì) VOC氣體檢測(cè):
每一幀數(shù)據(jù)中第 7位表示 VOC輸出,直接輸出 0x01-0x04四個(gè)等級(jí),依次對(duì)應(yīng)“優(yōu)、良、中、差”,無傳感器
或故障時(shí)顯示 0x00;
其中Byte8校驗(yàn)值=(取反(Byte1+Byte2+……+Byte7))+ 1
三、煙霧檢測(cè)
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)。
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(cè)AO端的電平電壓,來判斷煙霧大?。妷涸礁?,煙霧濃度越高)。
四、燃?xì)鈾z測(cè)
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,廣泛適用于家庭用氣體泄漏報(bào)警器、工業(yè)用可燃?xì)怏w報(bào)警器以及便攜式氣體檢測(cè)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(cè)AO端的電平電壓,來判斷燃?xì)鉂舛龋妷涸礁?,燃?xì)鉂舛仍礁撸?/p>
五、火焰檢測(cè)
火焰檢測(cè)采用紅外接收管,該管可以用來探測(cè)火源或其它一些波長(zhǎng)在700納米~1000納米范圍內(nèi)的熱源。當(dāng)無紅外光照時(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(cè)AO端的電平電壓,來判斷火勢(shì)的強(qiáng)弱(電壓越低,火勢(shì)越強(qiáng))。
1、環(huán)境安全衛(wèi)士電路設(shè)計(jì)
到此步,大家肯定都已經(jīng)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(shè)計(jì)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(gè)高集成度的無線射頻芯片BK7231T和少量外圍器件構(gòu)成,內(nèi)置了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和豐富的庫函數(shù)。由于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,具體措施是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),它的導(dǎo)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(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。
為了解決上述問題,具體原理圖設(shè)計(jì)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(shí)物搭建
這一步結(jié)束,大家肯定也都完成了環(huán)境安全衛(wèi)士電路設(shè)計(jì),接下來就要把PCB文件發(fā)給PCB廠家進(jìn)行打樣。
這個(gè)過程,很培養(yǎng)大家的動(dòng)手能力,看著枯燥卻又會(huì)帶著歡樂,當(dāng)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(jiǎn)單啦。只需要根據(jù)結(jié)構(gòu)空間要求,將各個(gè)傳感器模塊安插在對(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。
全部焊好之后,效果如圖:
怎么樣,是不是有點(diǎn)小開心~
但是可能也有同學(xué)覺得太丑,光禿禿的,都是電路。
別急!為了增加產(chǎn)品的可使用性,我選擇了一款帶臺(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,這樣在檢測(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,尤其是可以對(duì)手機(jī)等這類鋰電池設(shè)備充電引發(fā)的安全問題惡化之前進(jìn)行提前通知,防止災(zāi)難的進(jìn)一步發(fā)生。
當(dāng)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(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。
以上相關(guān)準(zhǔn)備工作完成后,接下來就可以開始正式的產(chǎn)品搭建工作。
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,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(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,比如:
外形結(jié)構(gòu)文件下載鏈接
上罩殼
下罩殼
下面,講一講關(guān)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(jìn)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(jìn)行學(xué)習(xí)。
該代碼是基于1.0.2版本的 SDK 進(jìn)行開發(fā)的,第一次接觸soc開發(fā)的同學(xué),可以在 涂鴉github上的倉庫 上拉取代碼進(jìn)行學(xué)習(xí)和開發(fā)。該代碼中的 apps/template-demo 比較簡(jiǎn)單,可在該代碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行學(xué)習(xí)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(jìn)行編譯下載就可以了。編譯后的產(chǎn)物中會(huì)出現(xiàn)QIO,UA,UG文件其中QIO是生產(chǎn)固件,UA是用戶去固件,UG是升級(jí)固件。
本 demo主要是通過3種方式進(jìn)行獲取傳感器信息的,分別是串口,adc,檢測(cè)引腳高低電平。下面將以這三種方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
1.串口類傳感器:甲醛,pm2.5
甲醛傳感器相關(guān)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(jì)算方法如下:
校驗(yàn)和的計(jì)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?xì)鈧鞲衅?,煙霧傳感器
相關(guān)資料
由于在WB3S上只要一個(gè)ADC,所以我們這里用RS2255 芯片進(jìn)行復(fù)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?xì)鈧鞲衅骱蜔熿F相似,這里就不再過多介紹。
3.檢測(cè)引腳高低電平獲取狀態(tài):火焰?zhèn)鞲衅?/p>
火焰?zhèn)鞲衅?,檢測(cè)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(shè)備初始化:
啟動(dòng)時(shí),先對(duì)環(huán)境安全衛(wèi)士相關(guān)的外設(shè)和引腳進(jìn)行初始化設(shè)置,創(chuàng)建信號(hào)量,傳感器預(yù)熱,預(yù)熱完成后釋放信號(hào)量,開始采集。
預(yù)熱完成釋放信號(hào)量:
傳感器采集數(shù)據(jù)任務(wù)輪詢函數(shù):
整機(jī)演示1.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。連接WiFi,打開藍(lán)牙,按照配網(wǎng)流程成功配網(wǎng)后,即可使用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APP顯示界面:
2.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app會(huì)顯示報(bào)警狀態(tài),并且斷開220V電壓。
至此,我們已經(jīng)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(jí)的環(huán)境檢測(cè)儀也是如此簡(jiǎn)單~
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心動(dòng)不如行動(dòng)~ 老鐵們!在家、在公司也能讓室內(nèi)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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