基于WIFI和ZigBee的烟雾报警系统-电路方案

本文首发于DF创客社区，作者:利刃1979 原文链接:http://mc.dfrobot.com.cn/thread-297112-1-1.html 1 作品介绍 1.1 作品功能 本作品借助物联网技术开发了一种烟雾报警系统，用于监控火灾、煤气泄漏等不安全事故的发生。该烟雾报警系统由无线传感器网络节点和监控系统两个部分组成。无线传感器网络节点由多个感知模块组成，用于实时检测多个监控区域的环境参数（如烟雾气体浓度、一氧化碳浓度等），并通过传感器网络将所有数据传输至监控系统。监控系统由下位机、PC上位机、手机APP三个部分组成:下位机安装在用户监控场所，通过无线传感器网络实时接收传感器节点的环境参数，并利用ZigBee网络和WIFI网络将监控数据分别发送至监控中心的PC上位机和用户手机的APP，若被监控的区域发生火灾、煤气泄漏等安全事故，三者将同时报警，从而极大程度地减低了无法获取安全事故发生的问题的风险，能够第一时间对受灾的地点进行抢救。 本作品可用于普通家庭住宅用户安全事故的监控，一旦发生安全事故，家庭住宅的下位机、小区物业部门安装的PC上位机、住户手机的APP三者将同时发出报警信号，能够第一时间对事故地点进行抢救。1.2 作品创新点 本作品的创新点在于: 1、通过下位机、PC上位机、手机APP三种终端报警的方式降低无法第一时间获取安全事故发生的风险，能够第一时间对事故地点进行抢救； 2、利用无线传感器网络的优势，将监控传感器和监控系统分离成独立的模块，实现了增加监控区域只需安装独立的传感器节点的特性，极大程度地提升了系统的可扩展性，同时使得系统具有较低的扩展成本。 救；同时，本作品可用于酒店、办公楼、商业广场、工厂操作间等需要大面积多区域监控的场所。 2 准备事项 2.1 作品原理 如图2.1所示，本作品由无线传感器网络节点和监控系统两个部分组成。 无线传感器网络节点对监控点的环境参数进行采集并处理，通过无线通信模块将处理后的数据发送至下位机。 监控系统由下位机、PC上位机和手机APP三个部分组成。下位机对无线传感器网络节点传输的环境参数进行分析，同时在LCD进行显示，并通过WIFI和ZigBee网络将数据分别发送至手机APP和PC上位机；若接收的环境参数数据满足安全事故发生的条件，下位机将通过语音模块发出报警提醒，同时手机APP和PC上位机也将发出报警信号；若用户发现发出的报警信号为误触信号，用户可通过按键或者语音识别模块关闭报警。 图2.1 作品系统设计框图 2.2 作品设计 2.2.1 主控制器作品传感器节点采用STM32F103C8T6型号的单片机，下位机采用STM32F103RCT6型号的单片机。 2.1.2 传感器 传感器模块选用了市面上常见也是应用较为广泛的两种传感器，分别是烟雾浓度传感器MQ-2和一氧化碳浓度传感器MQ-7。 MQ-2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。故因此，MQ-2可以准确来说是一个多种气体探测器MQ-2的探测范围极其的广泛。它的优点:灵敏度高、响应快、稳定性好、寿命长、驱动电路简单。MQ-2型烟雾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至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。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。 MQ-7是一氧化碳气体传感器，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)，采用高低温循环检测方式低温(1.5V加热)检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温(5.0V加热)清洗低温时吸附的杂散气体。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-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。 MQ-2、MQ-7模块的实物图片如图2.2所示。 图2.2 MQ-2与MQ-7传感器实物图片 2.2.3 无线传输模块 无线传输模块的功能是将传感器采集到的监测数据发送到监控点，本作品采用NRF24L01 2.4GHz无线传输模块。NRF24L01是一款工作在2.4至2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括:频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为-6dBm时电流消耗为9mA接收模式