基于小凌派開發(fā)板的煙霧檢測傳感器設計

煙霧檢測傳感器使用的是MQ-2煙霧傳感器。MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導體。處于200~300攝氏度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘收到煙霧的調至而變化，就會引起表面導電率的變化。利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的信息，煙霧的濃度越大，導電率越大，輸出電阻越低，則輸出的模擬信號就越大。

使用MQ-2煙霧傳感器來檢測周圍環(huán)境煙霧濃度，再通過小凌派開發(fā)板采集信號。因為采集的信號是電壓值所以通過adc轉換成數(shù)字信號。這里有個需要注意的地方RK2206的ADC默認參考電壓是內部2.4v所以初始化ADC時通過配置soc_con29 寄存器改成外部3.3v參考電壓。

參考代碼:

typedef union{  uint32_t value;  struct  {    uint16_t gRF_saradc_ana_reg_low: 4;    uint16_t grf_saradc_vol_sel: 1;    uint16_t grf_saradc_ana_reg_high: 11;    struct    {      uint16_t grf_saradc_ana_reg_low: 4;      uint16_t grf_saradc_vol_sel: 1;      uint16_t grf_saradc_ana_reg_high: 11;    } rw;  };} GRF_SOC_CON29;static uint32_t iss_adc_dev_init(iss_mq2_dev_s *adc){  if (PinctrlInit(adc->adc) != 0)  {    printf("adc pin %d init faiLED
", adc->adc.gpio);  }  if (LzSaradcInit() != 0)  {    printf("saradc %d init failed
", adc->port);  }  volatile GRF_SOC_CON29 *soc = (GRF_SOC_CON29*)&GRF->SOC_CON29;  soc->rw.grf_saradc_vol_sel = 1;  soc->grf_saradc_vol_sel  = 0;  soc->rw.grf_saradc_vol_sel = 0;    adc->init = 1;  return 0;}

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讀取ADC電壓:

static float iss_get_voltage(void){  unsigned int ret;  unsigned int data;
  ret = LzSaradcReadValue(m_iss_mq2, &data);  if (ret != 0)  {    printf("ADC Read Fail
");  }  return (float)data * 3.3 / 1024;}

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計算ppm值：
阻值R與空氣中被測氣體的濃度C的計算關系式
log R = mlog C + n (m，n均為常數(shù))

傳感器的電阻計算：
Rs = (Vc/VRL-1) X RL
Vc為回路電壓，VRL是傳感器4腳6腳輸出電壓，RL是負載

#define CAL_PPM      20       //校準環(huán)境中PPM值#define RL         1       //RL阻值float e53_iss_get_mq2_ppm(void){  float voltage, rs, ppm;
  voltage = iss_get_voltage();  rs = (5 - voltage) / voltage * RL; //計算rs  ppm = 613.9f * pow(rs / m_r0, -2.074f); //計算ppm  return ppm;}

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ppm值校準：

void e53_iss_mq2_ppm_calibration(void){  float voltage = iss_get_voltage();  float rs = (5 - voltage) / voltage * RL;    m_r0 = rs / pow(CAL_PPM / 613.9f, 1 / -2.074f);  printf("R0 =%f
", m_r0);}

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因為使用的是無源蜂鳴器，所以通過pwm驅動蜂鳴器報警。

pwm初始化：

static uint32_t iss_pwm_dev_init(iss_pwm_dev_s *p){  if (PwmIoInit(p->pwmio) != 0)  {    printf("Pwm pin %d init failed
", p->pwmio.pwm.gpio);  }  if (LzPwmInit(p->port) != 0)  {    printf("Pwm %d init failed
", p->port);  }    p->init = 1;  return 0;}

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pwm 啟動：

static uint32_t iss_pwm_start(iss_pwm_dev_s *pwm){  if (pwm->init == 0)  {    printf("PWM not init
");    return 1;  }  else if (LzPwmstart(pwm->port, pwm->duty * pwm->cycle / 100, pwm->cycle) != 0)  {    printf("PWM Start Fail
");    return 1;  }  pwm->onoff = 1;  return 0;}

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pwm停止：

static uint32_t iss_pwm_stop(iss_pwm_dev_s *pwm){  if (pwm->init == 0)  {    printf("PWM not init
");    return 1;  }  else if (pwm->onoff == 0)  {    return 0;  }  else if (LzPwmStop(pwm->port) != 0)  {    printf("PWM Stop Fail
");    return 1;  }  pwm->onoff = 0;  return 0;}

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蜂鳴器報警控制，需要報警時啟動pwm,不需要報警時停止pwm：

void e53_iss_beep_status_set(e53_iss_status_e status){  if (status == ON)  {    iss_pwm_start(&m_iss_beep);  }  if (status == OFF)  {    iss_pwm_stop(&m_iss_beep);  }}

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整個模塊初始化：

uint32_t e53_iss_init(){uint32_t ret = 1;
  ret = iss_led_dev_init(&m_iss_led);  if (ret != 0)  {    printf(“l(fā)ed init err
”);  }  ret = iss_pwm_dev_init(&m_iss_beep);  if (ret != 0)  {     printf(“pwm init err
”);  }  ret = iss_adc_dev_init(&m_iss_mq2);  if (ret != 0)  {     printf(“adc init err
”);  }  return ret;}

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創(chuàng)建一個任務處理函數(shù)
這里需要注意的是ppm校準需要提前測試，再把值寫死到代碼里。

還有需要注意的是mq2傳感器需要預熱，即提前通電大約半分鐘到一分鐘左右。用手放在傳感器外殼感覺微微發(fā)熱即可。如果不預熱就開始測量其測量值會偏差很大，而且會隨著加熱而變化。

void e53_iss_thread(void *args){  float ppm = 0;  uint32_t id  = 0;  uint8_t index = 0;
  e53_iss_init();  printf("%s
", __FUNCTION__);  /*傳感器校準*/  LOS_Msleep(2000); // 開機2s后進行校準  // e53_iss_mq2_ppm_calibration(); // 校準傳感器校準后不需要重復調用  while (1)  {    ppm = e53_iss_get_mq2_ppm();    printf("ppm:%.1f 
", ppm);    /*判斷是否達到報警閾值*/    if (ppm > e53_iss_get_mq2_alarm_value())    {      e53_iss_beep_status_set(ON);      printf("over %u ppm alarm
", e53_iss_get_mq2_alarm_value());    }    else    {      e53_iss_led_status_set(OFF);      e53_iss_beep_status_set(OFF);    }LOS_Msleep(1000);  }}

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最后創(chuàng)建一個任務調用上面處理函數(shù)即可。

燒寫程序后通過串口打印結果

ppm:55.6ppm:60.9

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當檢測到煙霧超過設定值時蜂鳴器報警響起。低于設置值時蜂鳴器停止報警。這樣基于小凌派的煙霧報警功能就實現(xiàn)了。