树莓派基础实验21：烟雾报警传感器实验

一、介绍

   气体传感器MQ-2是检测空气中可燃气体浓度的易燃气体和烟雾传感器。他们经常用于家用、工业或汽车中的烟气和易燃气体，如液化石油气，异丁烷，丙烷，甲烷和酒精的气体检测设备。

---

二、组件

★Raspberry Pi主板*1

★树莓派电源*1

★40P软排线*1

★PCF8591模数转换器模块*1

★烟雾传感器模块*1

★有源蜂鸣器模块*1

★面包板*1

★跳线若干

三、实验原理

  MQ-2气体传感器是一种表面离子型和N型半导体，它使用氧化锡半导体气敏材料，当环境温度在200至300℃时，氧化锡会吸附空气中的氧气并形成氧阴离子吸附，从而降低半导体中的电子密度，从而增加其电阻。当与烟雾接触时，如果晶界阻挡层被烟雾调制并发生变化，则可能导致表面电导率发生变化。因此，你可以获得烟雾存在的信息，烟雾浓度越高，材料的导电性越高，因此输出电阻越低。

  在这个实验中，如果有害气体达到一定浓度，蜂鸣器会发出蜂鸣声警告。

  烟雾报警传感器有两个LED指示灯。POWER-LED是电源指示灯，接通电源后常亮。DOUT-LED是数字输出指示灯，当没有检测到烟雾时熄灭，DO输出高电平；当检测到烟雾时，DO输出低电平，DOUT-LED指示灯亮。而判定是否有烟雾的临界值可以通过旋转蓝色元件上的十字螺丝调节，调节到没有烟雾时DOUT-LED灯刚好熄灭时即可。

四、实验步骤

  第1步： 连接电路。这里要注意，有源蜂鸣器使用的电源为3.3V，烟雾传感器使用的是5V。

树莓派	T型转接板	PCF8591模块
SDA	SDA	SDA
SCL	SCL	SCL
5V	5V	VCC
GND	GND	GND

烟雾传感器模块	T型转接板	PCF8591模块
AO	*	AIN0
DO	G17	*
VCC	5V	VCC
GND	GND	GND

有源蜂鸣器	T型转接板
I/O	G18
VCC	3.3V
GND	GND

  第2步： PCF8591模块采用的是I2C（IIC）总线进行通信的，但是在树莓派的镜像中默认是关闭的，在使用该传感器的时候，我们必须首先允许IIC总线通信。

  第3步： 开始编程。这里先编写一个PCF8591.py库文件，后面再编写一个python程序引入这个库文件。
  PCF8591.py库文件就是PCF8591模块的程序，单独编写是为了便于重用。在这个脚本中，我们使用了一个放大器用于模拟输入和一个LED灯用于模拟输出，模拟输入不能超过3.3V！
  该程序也可以单独运行，用于测试3个电阻模块的功能。需用短路帽连接AIN0和INPUT0（电位计模块），连接AIN1和INPUT1（光敏电阻模块），以及连接AIN2和INPUT2（热敏电阻模块）。
  连接LED灯，AIN0（模拟输入0）端口用于接收来自电位计模块的模拟信号，AOUT（模拟输出）用于将模拟信号输出到双色LED模块，以便改变LED的亮度。
  PCF8591的详细内容请查看树莓派基础实验12：PCF8591模数转换器实验。

#!/usr/bin/env python
#------------------------------------------------------
#
#		您可以使用下面语句将此脚本导入另一个脚本：
#	        “import PCF8591 as ADC”                
#	
#	ADC.Setup(Address)  # 查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
# i2cdetect  is  a  userspace  program to scan an I2C bus for devices.
# It outputs a table with the list of detected devices on the specified bus.
#	ADC.read(channal)	# Channal范围从0到3 
#	ADC.write(Value)	# Value范围从0到255
#
#------------------------------------------------------
#SMBus (System Management Bus,系统管理总线) 
import smbus   #在程序中导入“smbus”模块
import time

# for RPI version 1, use "bus = smbus.SMBus(1)"
# 0 代表 /dev/i2c-0， 1 代表 /dev/i2c-1 ,具体看使用的树莓派那个I2C来决定
bus = smbus.SMBus(1)         #创建一个smbus实例

#在树莓派上查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
def setup(Addr):
	global address
	address = Addr

def read(chn): #channel
	if chn == 0:
		bus.write_byte(address,0x40)   #发送一个控制字节到设备
	if chn == 1:
		bus.write_byte(address,0x41)
	if chn == 2:
		bus.write_byte(address,0x42)
	if chn == 3:
		bus.write_byte(address,0x43)
	bus.read_byte(address)         # 从设备读取单个字节，而不指定设备寄存器。
	return bus.read_byte(address)  #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值

def write(val):
	temp = val  # 将字符串值移动到temp
	temp = int(temp) # 将字符串改为整数类型
	# print temp to see on terminal else comment out
	bus.write_byte_data(address, 0x40, temp) 
    #写入字节数据，将数字值转化成模拟值从AOUT输出

if __name__ == "__main__":
	setup(0x48) 
 #在树莓派终端上使用命令“sudo i2cdetect -y 1”，查询出PCF8591的地址为0x48
	while True:
		print '电位计   AIN0 = ', read(0)   #电位计模拟信号转化的数字值
		print '光敏电阻 AIN1 = ', read(1)   #光敏电阻模拟信号转化的数字
        print '热敏电阻 AIN2 = ', read(2)   #热敏电阻模拟信号转化的数字值
		tmp = read(0)
		tmp = tmp*(255-125)/255+125 
# 125以下LED不会亮，所以将“0-255”转换为“125-255”，调节亮度时灯不会熄灭
		write(tmp)
		time.sleep(2)

  若想深入学习模/数转换等模电知识，强烈推荐以下书籍，国外大学最经典模电教程，比国内教程生动有趣更易懂。扫码购买或者点击下面的链接。

《模拟电子基础》点击购买：https://u.dangdang.com/OIVk

  第4步： 编写控制程序。我们通过点烟的方式产生可燃性气体靠近MQ-2气体传感器的位置。屏幕上将显示0到255之间的值。如果有害气体达到一定浓度，蜂鸣器会发出断续蜂鸣声，并且屏幕上会印有“Danger Gas”。
  你可以转动模块上电位器的轴来提高或降低浓度阈值。
  MQ-2气体传感器需要加热一段时间。等到屏幕上打印的值保持稳定并且传感器变热，这意味着它可以正常且敏感的工作。注意：气体传感器发热是正常的，实际上，温度越高传感器就越敏感。

#!/usr/bin/env python
import PCF8591 as ADC
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import math

DO = 17
Buzz = 18
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

def setup():
	ADC.setup(0x48)
	GPIO.setup	(DO, 	GPIO.IN)
	GPIO.setup	(Buzz, 	GPIO.OUT)
	GPIO.output	(Buzz,	1)  #高电平不响，低电平触发报警蜂鸣

def Print(x):
	if x == 1:
		print ''
		print '   *********'
		print '   * Safe~ *'
		print '   *********'
		print ''
	if x == 0:
		print ''
		print '   ***************'
		print '   * Danger Gas! *'
		print '   ***************'
		print ''

def loop():
	status = 1
	count = 0
	while True:
		print 'ADC.read(0)==' , ADC.read(0)  #有烟雾时，该值增大
		
		tmp = GPIO.input(DO);
		print 'tmp==' ,tmp    
#无烟雾时为高电平，tmp=1,打印safe，有烟雾时为低电平，打印Danger Gas！
		if tmp != status:
			Print(tmp)
			status = tmp
		if status == 0:
			count += 1
			if count % 2 == 0:
				GPIO.output(Buzz, 0)  #检测到烟雾后，报警声为断续蜂鸣声，低电平为响
			else:
				GPIO.output(Buzz, 1)  #高电平不响
		else:
			GPIO.output(Buzz, 1)
			count = 0
				
		time.sleep(0.2)

def destroy():
	GPIO.output(Buzz, 1)
	GPIO.cleanup()

if __name__ == '__main__':
	try:
		setup()
		loop()
	except KeyboardInterrupt: 
		destroy()