设计一种独特监测有害气体存在的设备

描述
小丑远程危险加油站和监控器

长期以来，我一直想创造一种独特的设备来观察各种有害气体的存在，以用于空气质量监测和气体泄漏检测等广泛的应用。因此，我决定开发这个项目。

首先，为了得到严格的气体测量结果，我选择使用这些 MQ 系列气体传感器，将它们连接到 Arduino Nano：

MQ-2
MQ-3
MQ-4
MQ-6
MQ-9

在为我的设备选择气体传感器后，我决定使用红外遥控器控制其设置和功能。因此，我将 IR 远程接收器模块连接到 Arduino Nano。然后，为了显示生成的气体测量值，我使用了 ST7789 IPS 屏幕。

最后，我添加了一个蜂鸣器和一个 5 毫米共阳极 RGB LED，以便在气体达到危险水平时收到通知。

您可能已经知道，Joker 制造的有毒气体化合物（Joker Venom 或 Laughing Gas）在 DC 宇宙中被认为是非常危险的。因此，我以小丑在漫画中的形象为灵感塑造了我的设备，以提醒人们气体的有害影响。

在面包板上完成布线并测试代码后，我设计了受 Joker 启发的 PCB 来完成我的项目。它成为我工作场所的时尚和有趣的补充，作为监测有害气体存在的有效设备:)

第 1 步：设计和焊接 Joker Remote Gas Station PCB
在对我的 PCB 设计进行原型设计之前，我使用面包板上的 Arduino Nano 测试了所有连接和接线。

然后，我使用 KiCad 设计了 Joker Remote Gas Station PCB。我附上了下面 PCB 的 Gerber 文件，所以如果你愿意，你可以从 PCBWay 订购这个 PCB，以创建一个合适的设备来观察有害气体的存在，并在它们达到危险水平时得到通知 - 受恶意 Joker 的启发： )

首先，通过使用烙铁，我连接了 Arduino Nano、IR 接收器模块、MQ-2 气体传感器、MQ-3 气体传感器、MQ-4 气体传感器、MQ-6 气体传感器、MQ-9 气体传感器、接头（母）、蜂鸣器、5mm共阳极RGB LED、220Ω电阻、20K电阻、电源插孔。

PCB上的元件清单：

A1（阿杜诺纳米）

S1（ST7789 IPS 屏幕接头）

IR1（红外接收模块）

MQ2（MQ-2 气体传感器）

MQ3（MQ-3 气体传感器）

MQ4（MQ-4 气体传感器）

MQ6（MQ-6 气体传感器）

MQ9（MQ-9 气体传感器）

BZ1（蜂鸣器）

D1 (5mm 共阳极 RGB LED)

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7（220Ω电阻）

R8、R9、R10、R11、R12（20K 电阻）

J1（电源插孔）

J2（外部电池接头）

第 2 步：对 Arduino Nano 进行编程并设置组件
下载所需的库，以便能够控制 IR 接收器模块：
Arduino-IRremote | 图书馆
下载所需的库以使用 ST7789 240x240 IPS 屏幕：
Arduino_ST7789_Fast | 图书馆
Adafruit_GFX | 图书馆
包括所需的库。
定义 IR 接收器模块引脚和设置。
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Arduino_ST7789_Fast.h>
#include <IRremote.h>
//定义红外接收器模块引脚和设置。
#define RECV_PIN 2
IRrecv recv (RECV_PIN) ;
decode_results 结果
通过执行示例中的IRrecvDemo.ino 文件，从IR 遥控器中获取所需的IR 代码并定义它们。
#define up 0xFF18E7
#define down 0xFF4AB5
#define right 0xFF5AA5
#define left 0xFF10EF
#define ok 0xFF38C7
定义 ST7789 240x240 IPS 显示设置。
#define TFT_DC 10
#define TFT_RST 9
#define SCR_WD 240
#define SCR_HT 240
要在 ST7789 屏幕上显示图像，请使用以下图像转换器将它们转换为 .c 文件：
图像转换器 (UTFT)
您可以下载我在下载中使用的转换后的图像 - gas.c、lethal.c 和toxic.c。
包括转换后的图像。
#include "gas.c"
#include "lethal.c"
#include "toxic.c"
启动 ST7789 240x240 IPS 显示屏。
Arduino_ST7789 TFT = Arduino_ST7789（TFT_DC，TFT_RST）；
启动 IR 接收器模块。
启动并清除 ST7789 240x240 IPS 显示屏。
不可恢复。启用IRIn（）；
tft.init(SCR_WD, SCR_HT);
tft.fillScreen(RGBto565(235, 46, 0));
在 read_IR_controls 函数中，在传输时从 IR 遥控器收集 IR 代码。
void  read_IR_controls () {
// 从 IR 遥控器读取接收到的 IR 码。if(irrecv.decode(&results)){
IR_codeValue = results. 价值；
不可恢复的简历（）；
延迟（500）；
}其他{
IR_codeValue = 0 ;
}
}
在 collect_Data 函数中，获取 MQ 系列气体传感器（MQ-2、MQ-3、MQ-4、MQ-6 和 MQ-9）产生的气体测量值。
void  collect_Data () {
// 获取气体传感器生成的变量。
mq_2_val = 模拟读取（mq_2）；
mq_3_val = 模拟读取（mq_3）；
mq_4_val = 模拟读取（mq_4）；
mq_6_val = 模拟读取（mq_6）；
mq_9_val = 模拟读取（mq_9）；
}
在界面功能中，打印带有菜单选项的界面。
void  interface () {
// 打印带有菜单选项的界面。
tft.setTextColor(RGBto565( 0 , 38 , 153 ), RGBto565( 235 , 46 , 0 ));
tft.setTextSize( 4 );
tft.setCursor( 75 , 25 );
tft.println( "MQ-2" );
tft.setCursor( 75 , 65 );
tft.println( "MQ-3" );
tft.setCursor( 75 , 105 );
tft.println( "MQ-4" );
tft.setCursor( 75 , 145 );
tft.println( "MQ-6" );
tft.setCursor( 75 , 185 );
tft.println( "MQ-9" );
}
在 change_menu_options 函数中，通过使用 IR 遥控器按钮 - Up 和 Down - 增加或减少选项编号，以在界面上的菜单选项之间切换。
void  change_menu_options () {
// 使用红外遥控器按钮增加或减少选项编号。if(IR_codeValue == up) selected--; if(IR_codeValue == down) selected++;
if (selected < 0 ) selected = 5 ;
if (selected > 5 ) selected = 1 ;
延迟（100）；

// 根据选择的选项编号，改变布尔值 status.switch(selected){case 1:
mq2 = true ;
mq3 =假；
mq4 =假；
MQ6 =假；
mq9 =假；
休息;
案例 2：
mq2 =假；
mq3 =真；
mq4 =假；
MQ6 =假；
mq9 =假；
休息;
案例 3：
mq2 =假；
mq3 =假；
mq4 =真；
MQ6 =假；
mq9 =假；
休息;
案例 4：
mq2 =假；
mq3 =假；
mq4 =假；
mq6 =真；
mq9 =假；
休息;
案例 5：
mq2 =假；
mq3 =假；
mq4 =假；
MQ6 =假；
mq9 =真；
休息;
}
}

步骤 2.1：显示有害气体的存在
为了检测有害气体的存在，我使用了这五个 MQ 系列气体传感器：

MQ-2
MQ-3
MQ-4
MQ-6
MQ-9

MQ-2气体传感器对液化石油气、丙烷和氢气具有很高的灵敏度，也可用于检测甲烷和其他可燃蒸汽。

MQ-3气体传感器对酒精有很高的灵敏度，对汽油、烟雾和蒸汽有很好的抵抗力。该传感器可以检测不同浓度的酒精。

MQ-4 气体传感器对甲烷、丙烷和丁烷具有高灵敏度。该传感器可以检测不同的可燃气体。

MQ-6 气体传感器对丙烷、丁烷和液化石油气具有高灵敏度，对天然气也有响应。该传感器可以检测不同的可燃气体，例如天然气、主要由甲烷和乙烷组成的无色可燃气体碳氢化合物。

MQ-9 气体传感器对一氧化碳、甲烷和液化石油气具有高灵敏度。该传感器可以检测含有 CO 和可燃气体的不同气体。

正如预期的那样，在连接到 Arduino Nano 后，每个传感器会根据可检测到的有害气体的数量产生不同的值范围。

测试后，我根据经验为每个传感器分配了以下这些级别。如果需要，在测试传感器后更改它们。

mq_2_val < 600？低
600 < mq_2_val < 700？缓和
mq_2_val >= 700？危险的

mq_3_val < 650 ? 低
650 < mq_3_val < 800？缓和
mq_3_val >= 800？危险的

mq_4_val < 450？低
450 < mq_4_val < 600？缓和
mq_4_val >= 600？危险的

mq_6_val < 500 ? 低
500 < mq_6_val < 650？缓和
mq_6_val >= 650？危险的

mq_9_val < 700 ? 低
700 < mq_9_val < 850？缓和
mq_9_val >= 850？危险的

如果使用向上和向下按钮选择了菜单选项，请在界面上突出显示其名称。

选择后，如果使用 OK 按钮激活菜单选项：
使用转换后的图像收集并显示所选 MQ 系列传感器的气体测量值。
如果根据分配的级别，气体测量值为低，则将 RGB LED 调整为绿色。
如果根据分配的级别，气体测量值为中等，则将 RGB LED 调整为黄色。
如果根据指定的级别，气体测量值为危险，则将 RGB LED 调整为红色并打开蜂鸣器以通知用户。
按左键，返回界面。

如果（MQ2）{
做{
tft.setTextColor(RGBto565( 0 , 38 , 153 ), 白色);
tft.setTextSize( 4 );
tft.setCursor( 75 , 25 );
tft.println( "MQ-2" );
如果（IR_codeValue == ok）{
激活=真；
tft.fillScreen（白色）；
而（激活）{
read_IR_controls();
//打印数据：
收集数据（）;
tft.setCursor( 75 , 25 );
tft.setTextColor（黑色，白色）；
tft.setTextSize( 4 );
TFT。打印（F（“MQ-2”））；
tft.drawImageF( 30 , 80 , 40 , 40 , 气体);
tft.drawImageF( 100 , 80 , 40 , 40 , 致命的);
tft.drawImageF( 170 , 80 , 40 , 40 , 有毒);
tft.setCursor( 60 , 160 );
tft.setTextSize( 7 );
TFT。打印（mq_2_val）；
//检查气体状态：if (mq_2_val < 600 ){ adjustColor( 0 , 255 , 0 ); }
else if (mq_2_val >= 600 && mq_2_val < 700 ){ adjustColor( 255 , 255 , 0 ); }
else if (mq_2_val >= 700 ){ adjustColor( 255 , 0 , 0 ); 音调（蜂鸣器，500，1000）；}
//退出并关闭：if (IR_codeValue == left){ activate = false ; tft.fillScreen(RGBto565( 235 , 46 , 0 )); 调整颜色（0，0，0）；_ noTone（蜂鸣器）；}
}
}
}而(!mq2);
}
...

步骤 2.2：修复 timer0_pin_port 错误
不幸的是，在使用 IR 远程库和音调库时，Arduino IDE 会抛出 timer0_pin_port 错误。发生错误是因为两个库都尝试通过声明相同的名称 - Timer2 来使用计时器。

要解决此问题，请根据 IR 远程库版本打开 boarddefs.h 或 IRremoteBoardDefs.h 文件。然后，将 Arduino Nano 的 IR_USE_TIMER2 更改为 IR_USE_TIMER1。

连接和调整
// 连接
// Arduino Nano :
// IR 接收器模块
// D2 --------------------------- S
// ST7789 240x240 IPS
/ / GND ---------------------------- GND
// 3.3V ---------------- ---------- VCC
// D13 --------------- SCL
// D11 ----- ---------------------- SDA
// D9 ---------- --- RES
// D10 --------------- DC
// MQ-2 空气质量传感器
// A0 ---- ----------------------- S
// MQ-3 空气质量传感器
// A1 --------------- ------------ S
// MQ-4 空气质量传感器
// A2 --------------- S
// MQ-6 空气质量传感器
// A3 -------- ------------------- S
// MQ-9 空气质量传感器
// A4 ------------------- -------- S
// 5mm 共阳极 RGB LED
// D3 --------------------------- R
// D5 --------------------------------------- G
// D6 ------- -------- B
// 蜂鸣器
// D7 --------------------------- +
完成焊接并上传代码后，我通过接头将所有剩余组件连接到板上 - ST7789 240x240 IPS 屏幕。

不幸的是，即使 Arduino Nano 工作在 5V，Nano 提供的电流也不足以让 5 个 MQ 系列气体传感器加热并产生准确的气体测量值。因此，我在我的 PCB 设计中添加了一个电源插孔 (J1) 和一个连接器 (J2)，以为传感器提供外部电池 (5V)。

模式和功能
该设备在界面上显示五个不同的 MQ 系列传感器作为菜单选项，以单独显示其气体测量值：

MQ-2
MQ-3
MQ-4
MQ-6
MQ-9

该设备允许用户在 MQ 系列传感器（菜单选项）之间切换，以通过 IR 遥控器观察其气体测量值：

向上按钮上
向下按钮下去
确定按钮启用

通过按下红外遥控器的 OK 按钮激活任何 MQ 系列传感器以显示其气体测量值后，设备让用户通过按下左按钮返回界面。

MQ 系列传感器（菜单选项）

如果选择并激活了 MQ-2 选项，设备将显示其有害气体测量值。

根据为所选传感器分配的测量级别（步骤 2.1），设备调整 RGB LED：

绿色的低的
黄色缓和
红色的危险的

如果危险气体测量值为危险，则设备会根据分配的级别打开蜂鸣器。