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RT-Thread X STM32 全連接大賽
智能甲醛檢測(cè)儀
作者: 喬季軍
開發(fā)環(huán)境：RT-Thread Studio
硬件框架：基于RT-Thread 提供的ART-PI 開發(fā)板實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)硬件請(qǐng)參考項(xiàng)目設(shè)計(jì)文檔
【RT-Thread作品秀】智能甲醛檢測(cè)儀
作者：?jiǎn)碳拒?/span>
概述
家里房子裝修完已經(jīng)快一年了，裝修完一直保持著通風(fēng)，最近回家住的比較頻繁，每次回去住總還是覺得比較別扭，總擔(dān)心屋里的甲醛會(huì)不會(huì)還是超標(biāo)，自己總想著搞一個(gè)甲醛檢測(cè)儀的裝置來放到屋里，這樣就能夠?qū)崟r(shí)查看到屋里面的甲醛濃度了。調(diào)研了一番，發(fā)現(xiàn)市面上的比較便宜的甲醛檢測(cè)裝置基本都不準(zhǔn)確，于是乎自己便開始搜尋相關(guān)傳感器，尋思著能否自己DIY一個(gè)甲醛檢測(cè)裝置，在給自己尋找樂子的同時(shí)，也能夠做一個(gè)使用的物件。
通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前市面上檢測(cè)甲醛的傳感器主要分為兩類，一類是半導(dǎo)體式，另一類是電化學(xué)式。半導(dǎo)體式甲醛傳感器主要是根據(jù)甲醛散發(fā)到周圍空氣中，導(dǎo)致周圍空氣的導(dǎo)電率發(fā)生變化來感知甲醛濃度的，這一類傳感器主要是根據(jù)導(dǎo)電率的特性來檢測(cè)甲醛的，很容易收到其他環(huán)境因素的影響，例如周圍濕度的變化也會(huì)導(dǎo)致空氣的導(dǎo)電率發(fā)生改變，因此使用這種傳感器測(cè)得甲醛濃度就沒有太大的參考意義了，另外一種是電化學(xué)式傳感器， 這種傳感器上面有一層濾膜，用來過濾空氣中的其他干擾雜質(zhì)，傳感器中包含有一種能夠和甲醛發(fā)生反應(yīng)的催化劑，當(dāng)催化劑和甲醛接觸時(shí)，就會(huì)形成電信號(hào)的波動(dòng)，電信號(hào)的波動(dòng)和甲醛濃度值的變化有一定的關(guān)系，因此使用這種傳感器檢測(cè)的甲醛濃度相對(duì)來講會(huì)更準(zhǔn)確一些。
筆者在調(diào)研完之后，選擇了英國達(dá)特公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的WZ-S-K 型電化學(xué)式甲醛檢測(cè)傳感器，用用來檢測(cè)甲醛濃度值，此外，還使用到了DHT11 溫濕度傳感器，用于檢測(cè)周圍環(huán)境的溫濕度信息。
該智能甲醛檢測(cè)儀主要實(shí)現(xiàn)甲醛檢測(cè)及溫濕度檢測(cè)功能，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過LCD顯示屏實(shí)時(shí)的顯示出來，同時(shí)還能夠?qū)鞲衅鲾?shù)據(jù)上傳到ONENET物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，用來記錄歷史傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)也能夠利用這些數(shù)據(jù)信息和其他設(shè)備聯(lián)動(dòng)。
開發(fā)環(huán)境
硬件：ART-PI、DHT11溫濕度傳感器、達(dá)特WZ-S-K型甲醛傳感器
RT-Thread版本：4.0.3
開發(fā)工具及版本：RT-Thread Studio 2.0.0
甲醛傳感器介紹
WZ-S-K 型甲醛檢測(cè)傳感器模組是英國達(dá)特公司設(shè)計(jì)的一款基于電化學(xué)的甲醛檢測(cè)傳感器，具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、使用壽命長、功耗低等特點(diǎn)。該傳感器能夠直接將周圍環(huán)境中的甲醛含量轉(zhuǎn)換為濃度值，通過串口標(biāo)準(zhǔn)化輸出，這款甲醛檢測(cè)傳感器能夠非常方便的集成到產(chǎn)品中去，適用于智能家居、便攜式測(cè)量儀表等產(chǎn)品。
RT-Thread使用情況概述
使用 RT-Thread 開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)非常明顯了，借助于RT-Thread 軟件包生態(tài)，開發(fā)者只需要關(guān)系自己的應(yīng)用邏輯即可。
該項(xiàng)目使用到許多RT-Thread 的軟件包，具體請(qǐng)參考以下截圖。
演示視頻：
比賽感悟
這次比賽，我使用RT-Thread 從頭到尾設(shè)計(jì)了一款基本滿足正常使用的甲醛檢測(cè)設(shè)備。整體下來，覺得使用RT-Thread 物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)還是非常便捷的，借助于軟件生態(tài)，可以大大縮短開發(fā)周期。
設(shè)計(jì)過程中主要有兩部分內(nèi)容需要攻克，一部分是關(guān)于甲醛濃度檢測(cè)及單位換算部分，這部分查閱了一些資料，總覺得不太合理，傳感器輸出的濃度單位為ppb或ppm（1ppm=1000ppb），而作為我們?nèi)粘Ｊ褂弥?，比較容易理解的單位是 mg/m3 ，從 ppb 到 mg/m3 之間的換算，網(wǎng)上有很多種說法，其中我找到的最不合理的說法就是 1ppm = 1mg/m3。經(jīng)過深入研究，發(fā)現(xiàn)這其實(shí)是化學(xué)單位中常用的幾個(gè)不同的單位，這兩個(gè)單位之間的換算還要結(jié)合不同物質(zhì)的物質(zhì)的量來進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過自己實(shí)際對(duì)比驗(yàn)證和聯(lián)系供應(yīng)商驗(yàn)證問題，最終得出的結(jié)論為甲醛濃度單位ppm和 mg/m3 之間的換算關(guān)系為:
1ppm = 0.74666 mg/m3
這種看著不起眼的單位換算，背后還是有一些知識(shí)點(diǎn)需要理解的，如果單單的將 1ppm 理解為 1mg/m3 的話，最終會(huì)造成讀取的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，那么這樣的甲醛檢測(cè)儀也就沒有什么設(shè)計(jì)的意義了。
第二部分內(nèi)容就是關(guān)于LCD顯示部分的GUI部分，這部分開發(fā)工作相對(duì)可查的資料比較多，開源的GUI也很對(duì)，網(wǎng)上針對(duì)ART-PI進(jìn)行的GUI適配工作也有很多分享，筆者也親自適配了lvgl這套開源的GUI，但是對(duì)于筆者，還是希望能夠在設(shè)計(jì)過程中深入理解LCD驅(qū)動(dòng)和GUI部分的原理，于是乎在開發(fā)過程中，筆者自己動(dòng)手編寫了GUI部分的畫點(diǎn)、畫線、繪制圓、繪制矩形、顯示字符等函數(shù)，在編寫過程中也參考了正點(diǎn)原子的GUI部分的代碼，但是這對(duì)于我理解GUI部分的原理已經(jīng)足夠了，借此機(jī)會(huì)，我還設(shè)計(jì)了幾個(gè)GUI的控件，用來顯示一些傳感器數(shù)據(jù)，整體來講，這些設(shè)計(jì)過程還是有很多收獲的。
關(guān)于本次設(shè)計(jì)過程中，其實(shí)還是有很多不足之處，比如說關(guān)于溫濕度傳感器是否要添加的問題，一開始在繪制傳感器擴(kuò)展板的時(shí)候，筆者沒有覺得溫濕度部分非常有必要，然后就沒有在傳感器擴(kuò)展板上面留出來溫濕度傳感器的接插位置，但是在調(diào)研一些關(guān)于甲醛檢測(cè)儀的文檔之后，發(fā)現(xiàn)一些比較精密的甲醛檢測(cè)儀會(huì)結(jié)合溫濕度信息，尤其是濕度信息來對(duì)甲醛檢測(cè)濃度進(jìn)行矯正，這么來說，溫濕度傳感器就非常有必要了。在這次設(shè)計(jì)中，筆者還沒有加入根據(jù)溫濕度矯正甲醛濃度部分的功能，只是額外加入了DHT11溫濕度傳感器，作為后續(xù)的補(bǔ)充。此外還有關(guān)于設(shè)備聯(lián)動(dòng)部分，后續(xù)希望能夠利用ART-PI 設(shè)計(jì)一個(gè)控制設(shè)備，用來控制其他的電器，達(dá)到和甲醛檢測(cè)儀聯(lián)動(dòng)的效果。
這次比賽收獲還是蠻豐富的，RT-Thread 為我們開發(fā)者搭建了一個(gè)廣闊的平臺(tái)，至于后續(xù)該如何利用這么優(yōu)秀的資源，就要發(fā)揮我們的想象力和動(dòng)手能力了。最后，希望RT-Thread蓬勃發(fā)展，祝愿以后我們都能像使用Linux一樣，離不開RTT。
經(jīng)過這次比較系統(tǒng)的使用之后，后續(xù)在其他物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)然首選RTT了。
