基于有害气体的物联网检测系统设计

刘俊琪，王黎明，侯 亮，周 旸，郭天赐

（吉林农业科技学院 电气与信息工程学院，吉林 长春 132101）

基于有害气体的物联网检测系统设计

刘俊琪，王黎明，侯 亮，周 旸，郭天赐

（吉林农业科技学院 电气与信息工程学院，吉林 长春 132101）

针对目前室内有害气体检测方面存在的问题，文章介绍了一种能够实时监测室内有害气体浓度的预警系统。该系统由气体传感器、单片机、GPRS等模块构成，其中以ZigBee cc2530为主要核心，能实现对有害气体的检测与数据传送，可通过电脑或手机进行实时监测。该传感器网络具有工作稳定、精度高等特点。

ZigBee cc2530；气体传感器MQ-2；传感器网络

1 有害气体检测研究

随着经济的飞速发展，有害气体在人们的生活中越来越常见，而这一现象在装修房屋时体现得尤为明显。但目前市面上有害气体的监测系统都存在很多问题[1]：

（1）多为现场检测；线路多，不易挪动。

（2）操作复杂；很多家庭疲于检测。这就导致了许多家庭在买房后对房间进行装修时难以对其所散发的有害气体引起注意，长此以往很容易患上例如白血病等类似疾病。所以对此提出一种适合于室内的有害气体监测设备，通过手机移动终端App的应用开发来对有害气体进行实时监控。用手机来给人们预报有害气体残余量的具体情况是便捷且有效的，具有较高的性价比，能够在日常生活中保护用户身体健康。

2 系统的设计

该检测设备通过气体检测节点来检测有害气体的浓度，通过ZigBee自组网传输给ZigBee协调器，最终利用ZigBee协调器上的WiFi模块[2]传输给上位机或手机，根据对室内有害气体存余量的实时掌握来人为控制房屋通风时间的长短。数据采集节点的设计如图1所示。

图1 数据采集节点的设计

2.1 气体检测仪的数据采集节点的设计

图2为气体采集节点的设计，包括ZigBee cc2530、有害气体检测系统MQ-2。其中ZigBee cc2530是一种短距离、低功耗的无线通信技术，具有体积小、成本低、可靠性高等特点。

图2 气体采集节点的设计

而MQ-2型传感器对有害气体[3]有很高的灵敏度。当其与有害气体接触时，晶粒间界处的势垒受到该有害气体的调制而变化，就会引起电导率的变化。利用这一点即可获得有害气体存在的信息。有害气体浓度越大，电导率越大。当气体浓度高于设定值时，输出为低电平，用0表示；当气体浓度为正常状态值时为高电平，用1表示。电路原理如图3所示。

图3 MQ-2电路原理示意

2.2 数据协调器的硬件设计

数据协调器由ZigBee cc2530和WiFi模块组成。ZigBeecc2530技术是一种介于无限标记技术和蓝牙之间的技术提案，主要用于近距离无线连接。WiFi模块的功能是将串口或TTL电平转为符合WiFi无线网络通信标准的嵌入式模块。ZigBee协调器利用WiFi模块中的ESP8266将检测到的数据信息传送到手机或上位机中。

2.3 数据协调器的软件设计

通过无线设备建立ZigBee网络[4]，从而进入无线监控状态，监测空气中的无线信号并发送数据，遇到监测节点时则自动申请加入网络，分配网络地址，最终加入监测节点列，无信号时则进行无限循环，最后进行数据处理，发送到上位机或手机机终端，如果出现异常则启动报警系统。如图4所示。

3 上位机的设计

上位机的作用是监控各系统的运行情况，当现场检测设备工作时，上位机能很好地显示出各系统之间的状态（如正常、报警、故障等）。上位机的设计一般是使用VB开发，通过控件来发送和接收串口数据，通过人为控制作出决策，然后再通过串口发送出去。

上位机的设计特别适合于数据的远、近距离的传送，方便了人们对有害气体浓度的实时监测与控制[5]，为有害气体监测系统的家庭化提供了可能。

4 结语

完成了对软硬件的设计与调试并通过最终的实验表明，该系统设备实现了最初的目标。

总而言之，该系统具有实用性强、价格低廉、操作简单、易于普及等多个优点，可以对室内的有害气体浓度作出正确的判断，从而保证了用户的健康。在环境检测等方面有着广阔的应用前景和发展空间。

图4 系统流程

[1]范奥博，铁治欣，吴铭程，等.室内空气质量监测系统的设计[J]. 浙江理工大学学报，2015（5）：382-389.

[2]陈文周.WiFi技术研究及应用[J].数据通信，2008（2）：14-17.

[3]单慧琳，张银胜，李春，等.室内有害气体监测系统设计[J].电子技术与软件工程，2014（22）：151-152.

[4]李俊斌，胡永忠.基于cc2530的ZigBee通信网络的应用设计[J].电子设计工程，2011（16）：108-111.

[5]杨萌，赵亮.基于ZigBee技术的无线传感网络研究[J].电子技术与软件工程，2015（1）：34.

Design of Internet of Things detection system based on harmful gas

Liu Junqi, Wang Liming, Hou Liang, Zhou Yang, Guo Tianci
（Electrical and Information Engineering College of Agriculture Science and Technology College, Changchun 132101, China）

Aiming at the problems existing in the detection of harmful gases indoor, an early warning system capable of real-time monitoring of indoor harmful gas concentration is introduced in this paper. The system consists of gas sensors, single-chip and GPRS and other module, among them, Zigbee cc2530 is the main core, which can realize the detection and data transmission of harmful gas, and carries out monitoring through computer or mobile phone. The sensor network has the characteristics of stable work and high precision.

Zigbee cc2530; gas sensor MQ-2; sensor networks

刘俊琪（1996— ），女，新疆昌吉，本科；研究方向：信号处理与检测。