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[嵌入式]5.15 综合案例2.0-燃气检测系统

综合案例2.0-燃气检测系统

简介

天然气是家庭烹饪取暖主要燃料，其主要成分是甲烷（CH4），同时还含有少量的丙烷，乙烷、丁烷等其他少量气体。天然气本身无色无味，密度比空气少。天然气发生泄漏难以察觉，其在空气中浓度达到5%~15%时，遇明火会发生爆炸。家庭天然气的普及，每年因使用不当、人为因素造成燃气泄漏爆炸事故接连不断。
本案例就是以此背景教开发者一步一步打造燃气泄漏检测系统。

MQ2气体传感器

MQ-2常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。

原理
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200~300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。

特性

  • MQ-2型传感器对天然气、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，具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息。
  • MQ-2型传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定，响应时间短，长时间工作性能好。需要注意的是：在使用之前必须加热一段时间，否则其输出的电阻和电压不准确。
  • 其检测可燃气体与烟雾的范围是100~10000ppm(ppm为体积浓度。 1ppm=1立方厘米/1立方米)
  • 电路设计电压范围宽，24V以下均可，加热电压5±0.2V

注意：如果加热电压过高，会导致输入电流过大，将内部的信号线熔断，从而器件报废。

准备

本案例需要的硬件

器材数量
HaaS506开发板1
MQ2气体传感器1
SIM卡1
杜邦线若干

硬件连接图

在这里插入图片描述

代码流程

1、连接阿里云平台。
2、重复读取MQ2气体传感器电压，将数据上传阿里云。
3、使用移动应用功能，显示天气、MQ2气体传感器电压变化、设备报警。

功能实现

1、物联网平台开发

第一次使用物联网平台的读者，需要开通实例后使用物联网平台功能。也可以使用免费的公共实例进行开发，在阿里云物联网平台中，左上角选择‘华东2-上海’，点击‘公共实例’，即可开通。

1、平台产品创建可参考haas506 2.0开发教程-aliyunIoT
2、创建产品属性（添加物模型）

  • 选择产品功能定义–编辑草稿
    在这里插入图片描述
  • 添加自定义功能
  • 添加标识符与数据类型（标识符要与代码一致）
  • 点击发布上线
    在这里插入图片描述
  • 点击确定
    在这里插入图片描述

2、设备端开发

  • 第一次使用开发板的读者可以按照haas5062.0开发教程-导学篇搭建开发环境。
  • 搭建完后复制以下代码到Visual Studio Code，复制产品证书到代码相应位置。
    在这里插入图片描述
  • main.py
# coding=utf-8
from driver import ADC
from driver import GPIO
import network
import ujson
import utime as time
import modem
from  aliyunIoT import Device
import kv

 
#当iot设备连接到物联网平台的时候触发'connect' 事件
def on_connect(data):
    global module_name,default_ver,productKey,deviceName,deviceSecret,on_trigger,on_download,on_verify,on_upgrade
    print('***** connect lp succeed****')
    data_handle = {}
    data_handle['device_handle'] = device.getDeviceHandle()


#当连接断开时，触发'disconnect'事件
def on_disconnect():
    print('linkkit is disconnected')

#上传报警灯状态
warning_data = {}
#当iot云端下发属性设置时，触发'props'事件
def on_props(request):
    params=request['params']
    params=eval(params)
    warn = params["alarmLight"]
    warning_data["alarmLight"]= warn
    warning_data_str=ujson.dumps(warning_data)
    data1={
        'params':warning_data_str
        }      
    device.postProps(data1)



#当iot云端调用设备service时，触发'service'事件
def on_service(id,request):
    print('clound req id  is {} , req is {}'.format(id,request))
#当设备跟iot平台通信过程中遇到错误时，触发'error'事件
def on_error(err):
    print('err msg is {} '.format(err))

#网络连接的回调函数
def on_4g_cb(args):
     global g_connect_status
     pdp = args[0]
     netwk_sta = args[1]
     if netwk_sta == 1:
         g_connect_status = True
     else:
         g_connect_status = False

#网络连接
def connect_network():
     global net,on_4g_cb,g_connect_status
     #NetWorkClient该类是一个单例类，实现网络管理相关的功能，包括初始化，联网，状态信息等.
     net = network.NetWorkClient()
     g_register_network = False
     if net._stagecode is not None and net._stagecode == 3 and net._subcode == 1:
         g_register_network = True
     else:
         g_register_network = False
     if g_register_network:
    #注册网络连接的回调函数on(self,id,func);  1代表连接，func 回调函数  ；return 0 成功
         net.on(1,on_4g_cb)    
         net.connect(None)
     else:
         print('网络注册失败')
     while True:
         if g_connect_status:
             print('网络连接成功')
             break
         time.sleep_ms(20)

#动态注册回调函数
def on_dynreg_cb(data):
     global deviceSecret,device_dyn_resigter_succed
     deviceSecret = data
     device_dyn_resigter_succed = True


 # 连接物联网平台
def dyn_register_device(productKey,productSecret,deviceName):
    global on_dynreg_cb,device,deviceSecret,device_dyn_resigter_succed
    key = '_amp_customer_devicesecret'
    deviceSecretdict = kv.get(key)
    print("deviceSecretdict:",deviceSecretdict)
    if isinstance(deviceSecretdict,str):    
        deviceSecret = deviceSecretdict 

    if deviceSecretdict is None or deviceSecret is None:
        key_info = {
            'productKey': productKey  ,
            'productSecret': productSecret ,
            'deviceName': deviceName
            }
        # 动态注册一个设备，获取设备的deviceSecret
        #下面的if防止多次注册，当前若是注册过一次了，重启设备再次注册就会卡住，
        if not device_dyn_resigter_succed:
            device.register(key_info,on_dynreg_cb)   



def upload_value(n):
    global value_data
    value_data["gasVoltage"]= n
    value_data_str=ujson.dumps(value_data)
    data={
        'params':value_data_str
        }      
    device.postProps(data)





if __name__ == '__main__':
    ICCID=None
    g_connect_status = False
    net = None
    device = None
    deviceSecret = None
    deviceName = None
    productKey = "a1JuD7ay6Pj"
    productSecret = "yV68ScGy5DgEczVx"
    device_dyn_resigter_succed = False

    # 连接网络
    connect_network()
     # 获取设备的IMEI 作为deviceName 进行动态注册
    deviceName = modem.getDevImei()
    #获取设备的ICCID
    ICCID=modem.sim.getIccid()
    #初始化物联网平台Device类，获取device实例
    device = Device()
    if deviceName is not None and len(deviceName) > 0 :
     #动态注册一个设备
        dyn_register_device(productKey,productSecret,deviceName)
    else:
        print("获取设备IMEI失败，无法进行动态注册")
    while deviceSecret is None:
        time.sleep(0.2)
    print('动态注册成功:' + deviceSecret)

    key_info = {
        'region' : 'cn-shanghai' ,
        'productKey': productKey ,
        'deviceName': deviceName ,
        'deviceSecret': deviceSecret ,
        'keepaliveSec': 60,
        }
    #打印设备信息
    print(key_info)

    #device.ON_CONNECT 是事件，on_connect是事件处理函数/回调函数
    device.on(device.ON_CONNECT,on_connect)
    device.on(device.ON_DISCONNECT,on_disconnect)
    device.on(device.ON_PROPS,on_props)
    device.on(device.ON_SERVICE,on_service)
    device.on(device.ON_ERROR,on_error)
    device.connect(key_info)

    #主程序
    #气体传感器
    adc=ADC()
    adc.open("ADC1")
    value_data = {}
    while True:
        value=adc.readVoltage()
        print('v:',value)
        print('--------------------------------------------')
        upload_value(value)
        time.sleep(1)

    adc.close()
  • 使用485串口读取log，配置 “replPort”: 2，串口TTL读取改为0 。
  • board.json
{
    "version": "2.0.0",
    "io": {
        "ADC0": {
                "type": "ADC",
                "port": 0,
                "sampling": 12000000
            },
        "ADC1": {
                  "type": "ADC",
                  "port": 1,
                  "sampling": 12000000
            },
        "serial1":{
                "type":"UART",
                "port":0,
                "dataWidth":8,
                "baudRate":115200,
                "stopBits":1,
                "flowControl":"disable",
                "parity":"none"
            },
        "serial2":{
                "type":"UART",
                "port":1,
                "dataWidth":8,
                "baudRate":115200,
                "stopBits":1,
                "flowControl":"disable",
                "parity":"none"
            },
        "serial3":{
                "type":"UART",
                "port":2,
                "dataWidth":8,
                "baudRate":115200,
                "stopBits":1,
                "flowControl":"disable",
                "parity":"none"
            }
        },
    "debugLevel": "ERROR",
    "repl": "enable",
    "replPort": 2
    }

调试

  • 调试串口使用485端口，打开设备管理器可以查看调试端口号。
    在这里插入图片描述
  • 串口调试工具使用putty
    在这里插入图片描述

调试结果

1、串口调试工具log，网络连接成功–动态注册成功–每秒打印MQ2气体传感器电压
在这里插入图片描述
2、云端有数据传入，打开实时刷新，显示数据会自动更新。
在这里插入图片描述

3、物联网应用开发

以下是物联网应用开发流程，接下来按以下流程介绍移动端应用的开发。
在这里插入图片描述

3.1新建‘普通项目’

  • 使用阿里云IoTStudio创建项目。
  • 在项目管理新建空白项目
    在这里插入图片描述

3.2关联产品和设备

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

3.3新建‘移动应用’

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

点击上图红框中的‘组件’，就可以看到可用的组件列表。各组件的使用说明请参考组件说明

3.4页面设计

案例使用三个组件：

  • 实时曲线 显示传感器实时数据
  • 指示灯 显示报警状态
  • 天气 用于显示目的地天气

将三个组件拖到中间画布区
在这里插入图片描述

3.5关联数据源

关联数据源分为如下三个步骤
关联产品
关联设备
关联属性
每个组件单独设置
1、‘指示灯’组件设置
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
设置好了之后，设置报警
在这里插入图片描述
2、同样的方法设置‘实时曲线’。
在这里插入图片描述
3、设置‘天气’组件，选择需要的地点。

在这里插入图片描述

3.6业务逻辑开发

业务逻辑的主要目的是为了方便用户设定物联网设备端的行为逻辑，常规的物联网系统都是在设备端固话行为逻辑，出厂后如果需要修改设备行为，则需要进行OTA升级。
新建一条燃气超阈值就报警的规则。
在这里插入图片描述
系统自动进入到业务逻辑页面，点击左侧‘节点’，右侧是业务逻辑介绍。
在这里插入图片描述
1、选择目标节点
此逻辑需要判断设备上传的燃气电压值，当电压值超过阈值就打开报警，否则关闭报警。需要四个节点：

  • 设备触发节点
  • 条件判断节点
  • 开启报警灯节点
  • 关闭报警灯节点

分别从左侧拖出需要的节点。

在这里插入图片描述
2、建立节点间的关联关系，拖动鼠标将节点连接
在这里插入图片描述
3、业务逻辑编辑

  • 设备触发节点
    在这里插入图片描述
  • 条件判断节点
    在这里插入图片描述
    设备节点行为设定
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    业务逻辑保存和部署
    在这里插入图片描述

3.7预览和发布上线

业务逻辑设定完毕之后，可以在“燃气监控报警系统”页面‘’保存‘’并点击‘预览’进行预览。
在这里插入图片描述
手机扫描二维码，可以在手机看查看数据。
在这里插入图片描述
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