#第六届立创电赛#离线智能安全管家 - 立创电子设计大赛

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电子猿@小辉辉

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第六届立创电子设计开源大赛

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<div class="document"> 注：* 为必填项 请在报名阶段填写 ↓ <img src="//image.lceda.cn/pullimage/2DuKlqBfA5PGx770c1fYqqTEahP7em6eweYE6D3e.png" width="1014" height="671"> <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">oshwhub立创开源平台推文: <a title="立创开源平台微信公众号" href="https://mp.weixin.qq.com/s/gqRMWSLhzBkXs_VikSN3jQ" target="_blank">https://mp.weixin.qq.com/s/gqRMWSLhzBkXs_VikSN3jQ</a></h3> <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <h4>前言</h4> 一氧化碳中毒，是在电视上报道了很多，身边也有经过的案例 我也很难受，我就想能不能做点什么，去避免某些事情的发生。在前期的开发中，我也在网上看到了，太多太多的案例，有的多则一家不幸，这确实是一个大问题。 现在的天然气绝大多数已经安装上了漏气检测保护，而且每年，每月都会安排人员来检查，但是我们忽视了那些，没有安装天然气，却使用着钢罐装的煤气瓶，即没有漏气保护，回火，忘关，不充分燃烧，管道损坏，这是很大的漏气隐患。钢罐装的煤气瓶使用地区大多都是农村或者未通天然气的部分，人员稀少，且发生中毒后，不易察觉。 立创举办活动，也驱动着我的开发，希望能迭代升级，使作品成为产品，也让我们身边有一个 ”保护伞“。 新闻总会报道哪里又出了火灾与险情，看来家里的隐患也不能忽视，首当其冲肯定是天然气的使用，所以可燃气体的检测是刚需。 <h3> </h3> <h3>介绍</h3> 简要介绍项目我的项目是智能家居燃气报警器，选择做这个项目的原因是因为自己在厨房做饭总忘记关闭液化气的阀门，通过结合新闻上面报道的燃气爆炸事故，为了保障家庭及人身安全，为此决定设计一款燃气报警器。 MQ-2气体传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。 MQ-2气体传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感,利用这一点就可以获得这种气体烟雾存在的信息，气体烟雾的浓度越大，导电率越大，则输出的模拟信号就越大。 MQ-2气体传感器可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、苯、烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。本项目采用MQ-2气体传感器对检测到燃气输出模拟信号的特点来对家庭厨房的液化气泄露情况进行监测和报警，从而保障家庭和人身安全。 本项目使用自带AD转换功能的STM32单片机作为主控，MQ-2气体传感器检测燃气在空气中的浓度，单片机采集MQ-2气体传感器输出的模拟信号，将模拟信号通过单片机的AD转换处理为数字信号经过计算得到燃气的实际浓度，当检测到燃气浓度值大于程序设定的标准值时，单片机控制蜂鸣器发出“滴滴滴"的报警提示音,并通过微信开发者平台向用户发出警告，并控制排气风扇进行通风换气。我国燃气报警器恨警民用级标准，燃气浓度范围是125%。本项目设定的燃气报警器扳警浓度为1%，当检测到气浓度大于1%，红色指示们亮, 同时开启报警提示和启动排气风扇进行通风。以保证环境安全;当检测燃气浓度小于1%，黄色指示灯亮，当前燃气浓度值安全提示，同时关闭很警提示和排气风扇。 <h3>思路</h3> 光检测气体太单调，得加一些其他功能，系统的整理一下思路。 <ul style="list-style-type: circle;"> <li>有毒气体检测（一氧化碳，甲烷）</li> <li>适宜温度、湿度提醒和报警。</li> <li>光线检测(窗帘)</li> <li>天气预报</li> <li>APP小程序状态提示</li> <li>电话求助和微信提醒（自动求助报警）</li> <li>应急电源（USB手机快充）</li> <li>夜光灯、应急照明灯（硬件预留）</li> </ul> 上图 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/4OGu7AUeOJHY8PDtTfpWRsiuRRE6kgwOE7FMlyY5.jpeg" alt="" width="696" height="380"> <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*2、项目属性</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 请输入内容… 注：请说明项目是否首次公开；项目是否为原创；项目是否曾经在其他比赛中获奖，若有获奖则叙述获奖详情；项目是否在学校参加过答辩。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 请输入内容… 注：利他即利己，请认真阅读下述内容。 <ol style="line-height: 1.8;"> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">拥抱开源，赋予项目无限价值。建议项目核心功能开源80%以上；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">若某一部分功能不可替代且删掉之后项目无法解决对应的问题，则这一部分实现的功能就是项目的核心功能；比如设计了一台电子负载且设计了一款上位机软件监控功率变化，则电子负载为核心功能，上位机软件为辅助功能；比如电子负载中使用了一款隔离485模块与上位机通信，则此485模块实现的通讯功能为辅助功能；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">项目应选择适合自己的<a href="/posts/98fdb2accd754af7b51990790db3b47a" target="_blank">开源协议</a>，若项目引用其他开源项目，应注明来源并遵循原作者的开源协议规定；原创项目推荐使用GPL3.0开源协议；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">直接引用开源项目的原电路或原代码实现的功能不可作为自己项目的核心功能、使用市场上通用模块直接实现的功能不可作为自己项目的核心功能。</li> </ol> 请在竞赛阶段填写 ↓ <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> <h3>PCB版</h3> <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/X22CMTsIu9lu6GP47w5c5HymgcDMOf8STHmkqBps.png" alt="" width="1024" height="576"> 1.多协议快充(支持超多协议快充) 2.12V电池独立供电 <h3>外壳（渲染）</h3> <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/kDUpYZhOl7dldkxZyneK0PJ32v2u9N170JnumItS.jpeg" alt="" width="1033" height="718"> <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*5、软件部分</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> <h3>微信小程序</h3> <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/2r1a8H2EYOgGXXKGd8LMTgdEPyFfkPZfHQjYNW2N.jpeg" alt="" width="1080" height="1200"> 软件采用ESP8266计入互联网，MQTT协议进行收发数据。 <h3>气体检测功能</h3> 采用MQ-9的方案 <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/HYE4HAProotKQ1cY9vvKkgEcDmI12q4edWicn880.png" alt="HYE4HAProotKQ1cY9vvKkgEcDmI12q4edWicn880.png"> ppm=[300,400,500,600,700,800,900,1000,2000,3000,4000,5000,6000,7000,8000,9000,10000]’; Rs/R0=[0.27,0.23,0.195,0.175,0.16,0.15,0.14,0.13,0.078,0.058,0.049,0.042,0.037,0.032,0.029,0.027,0.025]’; 使用matlab进行仿真得到散点图和仿真曲线： 根据灵敏度特性曲线找出横坐标与纵坐标一一对应关系： <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/CqnlVZ3BsBgAt1ulhiJQ1VZVIiELmifZKhWIWWKj.png" alt="CqnlVZ3BsBgAt1ulhiJQ1VZVIiELmifZKhWIWWKj.png"> <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/vB7YCueIJBzUme4bwnv2i2G6jxMgi9uBho1xxHNF.png" alt="vB7YCueIJBzUme4bwnv2i2G6jxMgi9uBho1xxHNF.png"> 我们得到一个类曲线图案 得到公式： Rs/R0 = 11.5428*ppm^(-0.6549) <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/s1QVQEEZAbdlwPIePRMSXmFywmI5jgtX9sG0ll08.png" alt="17.png"> (一)上图所示，图1和图2是MQ-2气敏元件的结构与外形(结构A or B),由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。在硬件电路设计过程中，我以为图2中的可调电阻RL是负载电阻，于是在设计的硬件电路中我省略了可调电阻RL，并在加热丝与电源之间串联一个5.1欧姆的电阻来限制通过加热丝的电流，防止加热因电流过大而烧坏。当PCB制作出来，进行产品功能调试时却出现了问题，无论有没有燃气，检测出来的燃气浓度始终是100%，在排除了软件程序的问题之后，仔细检查一遍硬件电路，在有燃气和没有燃气的情况下用万用表测量MQ-2传感器输出端的电压，测量到MQ-2传感器输出端的电压始终是5V，最终确定是MQ-2传感器输出端的问题，然后根据图2的官方参考电路，在MQ-2传感器的输出端2脚6脚与GND之间接了一个1K的电阻，问题就结决了。然后修改MQ-2传感器的硬件电路图，MQ-2传感器的输出端2脚6脚与GND之间接了需要接一个1K的下拉电阻来稳定输出信号。所以硬件部分涉及到的关键点是要仔细严格的参考传感器官方的应用电路。 (二)MQ-2传感器对液化气和丙烷的探测浓度范围是100ppm-10000ppm，而MQ-2传感器对应的输出模拟量的电压是0-5V，单片机为8位AD转换，对应的数字量是0-255，所以经过AD转换的计算后，采用数字量0-255的范围来对应MQ-2传感器探测液化气浓度范围100ppm-10000ppm。如图6所示，程序当中的“Gas=(START_ADC(100)/255", " 100 "表示把计算结果扩大100倍，用单位百分比来表示燃气检测浓度。 <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/jEemLRCIVQVcJhf3trlOxWq7sqrPD8LH7lcwdMaQ.png" alt="20.png"> 注:R0：表示传感器再洁净空气中的值。 <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/d4oBEj6m5pC6dyRPleI7DCMEwh1YRy2D32PGGBoH.png" alt="d4oBEj6m5pC6dyRPleI7DCMEwh1YRy2D32PGGBoH.png"> 反推化简 根据电路图我们可以得到： Vrl/Rl = (Vc - Vrl)/Rs； Vrl：即AO口输出电压 Vc：回路电压 Rl：我的电路里面Rl为0K，具体看电路图 根据技术文档我们知道R0就是在洁净空气下Rs的值。 我的回路测试电压为5V，洁净空气下Vrl为0.621887(多次测得电压取平均值)，所以得到R0的值为35.904K。 注：为保证准确性，洁净空气下Vrl的值需要在传感器充分预热下测得。 然后根据公式Rs/R0 = 11.5428 * ppm^(-0.6549)和Vrl/Rl = (Vc - Vrl)/Rs推导，得到： ppm^0.6549 = 11.5428 * 35.904 * Vrl/(25.5* Vrl)； 使用C标准库函数pow(x,y)求得ppm;//其作用是计算x的y次方。x、y及函数值都是double型 使用的HK32的芯片，耐压5V但是ADC只能3.3V-这里要乘以1.5，两个电阻分压一半 ppm = pow(11.5428 * 35.904 * Vrl/(25.5-1.5/24* Vrl),0.6549); PPM决定中的的状况 <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/MbkzvX2X9T8QCe9JMLl2jyhEzw9VciBS1KrPK3gr.png" alt="MbkzvX2X9T8QCe9JMLl2jyhEzw9VciBS1KrPK3gr.png"> 为了安全，我们把阈值设置为低于50以下，接受范围以内,以保障儿童以及老人使用情况下！ 实物展示 <h2>主界面</h2> 最近在学 LVGL 嵌入式GUI界面，但愿做出来界面比这好一些把！！ <img src="https://image.lceda.cn/pullimage/VhyO3oOlMJ2mj31wPyffyF3pjK2b02cpWSvi2fhn.jpeg" alt=""> 嵌入式没学过UI <h2>小程序界面</h2> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/QUSwfvT5TlcR6rXnm86Rv3DmXkfbZH2FZe9O2MN0.jpeg"> ———————————————— 技术参考文档：1.https://blog.csdn.net/qq_35952136/article/details/95589074 注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/KgtOWnUNkDjpEzYz1SYXIOXU8CesZNiNHLQ8B2jC.jpeg"> 注：项目涉及的BOM清单。这个位置请上传BOM的截图。清单详情请以PDF的格式上传到附件中。建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Ovc3uMHq0Sr5e9ODO7dgu8PrBaYkAO8Y8NTLN2LX.png"> 请上传包含大赛logo的项目图片，logo以丝印形式印刷在PCB上面。 点击zip下载大赛logo标识！ <a href="https://lceda.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/diy/uploads/file/2019/05/29/0e4d93a463d7ceb5e7dc77d774b7a4ae.zip" target="_blank">（大赛标识）.zip</a> <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内； 视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。 更多详情：<a href="/posts/06c94d90c2c447dfbd9ed7339ff4a5b1" target="_blank">https://diy.szlcsc.com/posts/06c94d90c2c447dfbd9ed7339ff4a5b1</a> </div>