用于实时监控的物联网环境和气体传感系统

环境传感在管理空气质量、控制污染、确保工厂安全、检测有害气体和支持实验室监测方面发挥着关键作用。为了有效，此类系统必须具有电池效率高、重量轻、紧凑、多功能且能够进行实时无线数据传输的特点。虽然大多数现有解决方案体积庞大，但这种设计在紧凑的多气体传感器模块中提供了相同的功能。

环境传感器旨在记录每次气体测量的气体数据、湿度和温度，并将其导出为 CSV 文件。它包括一个睡眠模式选项，允许用户设置设备睡眠和唤醒的时间间隔以收集数据，从而提高电池效率。

该设计采用了 BME690 （U2） 传感器，可提供有关湿度、气压、温度、VOC（挥发性有机化合物）气体阻力和估计室内空气质量 （IAQ） 指数的实时数据。虽然室内空气质量不是很高准确，但它满足了大多数环境监测要求。

此外，还集成了 MICS-6814 传感器，用于测量 CO、NO 等气体2， 新罕布什尔州3， C3H8， C4H10， CH4， H2和 C2H5哦。

图1：笔者原型机上传感器数据的

仪表盘

对于物联网功能和数据处理，使用了一种小巧但功能强大的开发板，即 IndusBoard Coin。可以添加OLED显示屏，实时显示基本环境数据。FPC（柔性印刷电路）传感器模块旨在与 IndusBoard Coin 生态系统无缝集成，使其紧凑、可靠且易于使用。图 1 显示了原型机上传感器数据的物联网仪表板。要构建此设备，所需组件将列在物料清单表中。

规则

首先，为传感器和显示器安装必要的库。所有库文件和代码都可以通过扫描本文底部的二维码下载。将库复制到 Arduino 库文件夹。在代码中，根据需要配置 Wi-Fi SSID 和密码。默认情况下，Wi-Fi 设置为接入点 （AP） 模式，但可以将其配置为工作站 （STA） 模式以连接到家庭或办公室路由器，也可以通过相应地调整代码来启用这两种模式。传感器数据每秒都会在连接的显示器上实时捕获和更新。

图 2：配置 Wi-Fi SSID 和密码的代码片段

网页 UI 仪表板显示实时数据并允许 CSV 录制和下载。图 2 显示了配置 Wi-Fi SSID 和密码的代码片段，而图 3 显示了实时更新传感器数据的功能。图 4 显示了监控传感器的网页 UI。

图 3：实时更新传感器数据的代码片段功能

图 4：监控传感器的网页用户界面

图5为物联网监控传感器的电路图。它围绕 IndusBoard Coin V2 （U1）、BME690 （U2）、MICS6814 （U3）、GC9A01 LCD （LCD1） 和其他一些组件构建。3.3V 或 3.7V 电池为设备供电。24 针 0.5mm FPC 带状电缆互连组件。

图5：FPC气体和环境传感器模块电路图

该定制传感器模块旨在轻松与 IndusBoard Coin 集成，但也与其他 ESP 或类似开发板兼容。气体和环境传感器连接到 I²C 引脚（默认 IndusBoard 引脚 8 和 9），通过 IndusBoard 的 3.3V 引脚供电。LCD 使用引脚 3、4、5 和 6 通过 SPI 连接。详细的定制传感器模块设计将在本系列的下一部分中介绍。

FPC气体和环境传感器PCB的底部设计有焊盘，用于连接显示器。所有组件都通过 FPC 连接器连接到 IndusBoard Coin V2。传感器和主要组件放置在顶层，而底层则容纳用于显示器的 FPC 连接器和 SMD 焊盘，如图 6 所示。

图6：传感器的PCB设计

首先，将源代码上传到 IndusBoard。接下来，将小型 24 针 0.5mm FPC 带状电缆连接到传感器模块。FPC连接器位于模块背面，如图7所示。将 FPC 连接器连接到 IndusBoard Coin V2。将显示线焊接到传感器模块底部的 SMD 焊盘上。然后，将 FPC 连接器连接到 IndusBoard Coin 和传感器模块。最后，将传感器模块放在 IndusBoard Coin 后面，将显示屏放在 Coin 的顶部（见图 8）。

图7：传感器FPC连接器

图8：完整原型

为了进行测试，请将 3.3V 或 3.7V 电池连接到设备。该设备将开始在 OLED 显示屏上显示气体读数。使用前面代码中设置的 SSID 和密码，将笔记本电脑、智能电视或智能手机连接到设备的 Wi-Fi 接入点 （AP）。打开网络浏览器并导航至 192.168.4.1 以访问无线物联网仪表板，该仪表板实时显示所有气体和环境传感器数据。仪表板还提供了用于记录数据并将其保存为 CSV 文件的按钮。