殷国豪+周丹+王长杰+冷彬心+肖连花

【摘要】 为了能监控室内煤气泄漏情况，研发了基于物联网的智能煤气浓度监测及报警系统，选用了MQ-5可燃气体传感器作为报警器的数据采集元件，当检测到到燃气时，ESP8266作为从机与通信主机PC机或者手机（上位机）联系，传感器电阻随燃气浓度而变化，燃气达到一定浓度时，电阻达到一定水平，A/D采到的电压就达到一定水平，当判断该电压对应浓度超过报警上限或者下限时，传感器就可以发出声光报警，然后通过作为远程通信设备的WiFi模块（基于ESP8266的NodeMcu开发板）将警报信息传送给用户，并完成对电磁阀的开关操作。该系统可迅速准确的测量空气中煤气浓度，适用于家用煤气浓度报警，硬件部分具有实用性强，性价比高等特点。

【关键词】 煤气浓度检测；MQ-5可燃气体传感器；ESP8266

1 引言

随着社会的进一步发展，新能源的进一步发现，煤气已经成为人们日常生活中必不可少的能源了，但是煤气泄漏事件时有发生，给人们的人身安全和财产安全带来了很多隐患，这表明当前的煤气存储运输装置都不够完善，但作为老百姓，我们改变不了本质上的问题，所以怎样防止煤气中毒与爆炸已成为不同大众唯一也是必须要做的事情。为此我们开发研制了基于物联网的智能煤气浓度监测及报警系统，便于人们实时监控室内煤气浓度，并及时发出报警信息警示人们浓度超过安全指标。

计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。家庭及住宅小区智能化的定义，在国际上至今尚无一致的般认为，在现代化的城乡住宅小区内综合采用微型计算机、自动控制、通信与网络及智能卡等技术，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息通信服务与管理系统和家庭智能化系统组成的“三合一”住宅小区服务与管理集成系统，最终目的是使每一住户得到满足其要求的最佳方案。国家建设部规定，目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理；防盗报警系统应安装红外或微波与煤气泄漏报警器等各种类型报警探测器。基于此项规定，煤气泄漏自动报警实现智能化势在必行。

本文基于ESP8266物联网，制作煤气浓度检测报警装置，选用了MQ-5可燃气体传感器来作为报警器的核心部分。采用WIFI模块作为我们的远程通信设备实现对煤气浓度的实时监测，利用短信及微信报警，根据报警信息可自动关闭电磁阀。

2 系统方案设计

该系统的工作原理是利用MQ-5气体传感器将煤气浓度转换为模拟电压信号，此mv级信号经过低通滤波器滤掉干扰信号，放大到0～3.3V后，传入NodeMcu自带的A/D转换器中。变成数字量经过NodeMcu数据处理，根据下面的煤气浓度与电压对比曲线，将数字量转换为相应浓度数值，将数值通过WIFI模块传入乐为物联云平台，通过判断语句，当运算出的浓度数值不在通过云平台设置的安全浓度范围之内时，乐为物联平台发送报警短信以及微信报警给用户，NodeMcu通过把某引脚拉高，控制电磁阀，在此我们用光电二极管代替电磁阀，当浓度超出时，二极管亮，正常情况下，二极管灭。报警系统主要包括：ESP8266单片机主控电路、A/D转换电路、WIFI通信模块、变送器、电磁阀等。其工作流程为：采用主从工作模式。ESP8266单片机系统作为从机与通信主机PC机或者手机（上位机）联系。第1级：PC机或手机可完成当前煤气浓度的显示，以及实时浓度曲线的绘制，报警浓度上下限的设置，过去时间点的浓度查询等操作。第2级：NodeMcu以及MQ-5完成煤气浓度的采集，运算，并向PC机或手机发送浓度数据，并完成对电磁阀的开关操作。

3 系统硬件设计

3.1NodeMcu

NodeMcu是一款运行于乐鑫ESP8266芯片之中的可编程固件。它以lua语言为基础，同时提供了封装esp8266硬件操作的高级API，可以让开发者以类似于arduino的方式与底层硬件打交道，使软件开发人员轻松操作硬件设备同时NodeMcu还提供了事件驱动型的网络API，Nodejs风格的编程方式更是让互联网开发人员如鱼得水，对esp8266封装模块ESP12进行扩展，D1～D10：均可复用为GPIO，PWM，12C，1-Wire；A0：1路ADC；USB供电；USB转串口调试接口。

3.2.MQ-5

MQ-5气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-5气体传感器对丁烷、丙烷、甲烷灵敏度高，对甲烷和丙烷可较好的兼顾，这种传感器可检测多 种可燃性气体，特别是液化气（丙烷），是一款适合多种应用的低成本传感器。

4 系统测试

完成系统的硬件设计和软件设计后，系统对煤气浓度进行检测，因为已经把代码载入NodeMcu中，所以用户只需要用USB给NodeMcu供电，模块会自动连接上家里的WIFI，并且连接上乐为物联云平台，用户可进入官网，登录帐号，便可以实时查看浓度曲线了，还可以通过云平台的传感器菜单修改报警浓度上下限，以及是否发送报警短信或者报警微信。用户也可以直接关注乐为物联微信公众号，绑定帐号，即可以在手机上查看浓度曲线，更加简单便捷。附图：因为已经把代码载入NodeMcu中，所以用户只需要用USB给NodeMcu供电，模块会自动连接上家里的WIFI，并且连接上乐为物联云平台，用户可进入官网，登录帐号，便可以实时查看浓度曲线了，还可以通过云平台的传感器菜单修改报警浓度上下限，以及是否发送报警短信或者报警微信。用户也可以直接关注乐为物联微信公众号，绑定帐号，即可以在手机上查看浓度曲线，更加简单便捷。附图：

5 结论

系统以ESP8366为主控核心，采用MQ-5可燃气体传感器作为报警器的数据采集元件，研发设计的报警器能对室内煤气浓度进行实时监控，具有较高的灵敏性、可靠性，同時性价比高、操作比较简洁。适用于人们日常生活中用于防范煤气泄漏事件。

参考文献：

[1] 龚翔，李亚杰，高学平，等.基于GSM 的燃气报警系统[J].机械工程与自动化，2011（2）：178-180

[2]陈志旺，陈志茹，阎巍山，等.51系列单片机系统设计与实践[M].北京：电子工业出版社，2010

[3]张先庭.单片机原理、接口与C51应用程序设计[M].北京：国防工业出版社，2010