在农林生产过程中，通过气体传感器可以检测通风情况，监控O2和CO2浓度。气体传感器可以检测很多种气体，主要用到的气体传感器是氧气传感器，二氧化碳传感器等，通过它们，实时监控气体浓度，由嵌入式网关将数据发送给用户。当发现气体浓度不符合要求时，可以采用通风、换气等方法来调整，达到适合农作物生长的最优浓度。

气体传感器是气体监控管理模块的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。

气体监控管理模块采用的是电阻式半导体气体传感器，是一种用金属氧化物薄膜制成的阻抗器件，其电阻随着气体含量不同而变化。气体分子在薄膜表面进行还原反应，引起传感器传导率的变化。它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。

学习目的

1.了解气体传感器工作原理

2.掌握气体传感器节点控制程序的设计

3.掌握控制通风风扇的实现

气体传感器

 气体传感器节点监控程序的设计

当检测到相应气体时，气体传感器的电导率会发生变化，传感器内部自动通过调节滑动电阻器的阻值调配适当的输出电压，以便检测输出信号，从而做出相应的判断。程序流程图如图所示。

①设置二氧化碳传感器

const struct _subDeviceInfosubDeviceList[SUBDEVICE_NUMBER]={

    ZD_THERMO_SENSOR,//传感器类型

    ZD_READ,//将传感器设置为可读模式

    "CO2Sensor",//二氧化碳传感器

    "",

    "ppm",

};

②定义全局变量，用于保存传感器数据。

char buftestSensor[10]

核心代码（1)

③定义二氧化碳传感器的调用函数，本函数通过一个静态变量，将传感器数据进行存储和输出。

char *CO2Sensor(uint200pxd,uint8 dataLen,uint8 *data)

{

static float v;//定义静态变量

    v=filter();//通过滤波函数读取数据

   sprintf(buftestSensor,"%3.1f",v);//将读出的数据存放在全局变量中

    return buftestSensor; 

}

④设置二氧化碳传感器进程

typedef char*_DeviceCall(uint8 cmd,uint8 dataLen,uint8 *data);

_DeviceCall*SubDeviceProcessor[SUBDEVICE_NUMBER]=

{

CO2Sensor,

};

核心代码（2）

⑤通过回调函数或者函数处理表，调用所连接的设备，查找其中的二氧化碳传感器，并进行处理。

voidSubDeviceReceiveDataParse(uint8 cmd,uint8 subDev,uint8 dataLen,uint8* data)

{

  if(subDev>=0&&subDev<SUBDEVICE_NUMBER)//检测传感器设备是否已连接

  {

    char *res;

    if(subDev==0)//如果有传感器设备，此处0为第一个设备

    {

        res=CO2Sensor(cmd,dataLen,data);//调用前面的二氧化碳传感器定义函数

        break;

    } 

    if(res)

      //处理二氧化碳传感器进程

      DeviceCommandResponse(cmd,subDev,osal_strlen(res)+1,res);

    else

      DeviceCommandResponse(cmd,subDev,0,0);

  }

}

//读取检测到的气体数据，并计算二氧化碳浓度

    float Read一002Sensor()

    {

    float result；

    uint16 U;

    uint16 m;

    PODIR=o; //定义PO口为输入口

    ADCIF=o;  //中断转换标志位

    ADCCONl=0X33; //清除转换标志位    

    ADCCON2=Ox20;  //参考内部电压1.25V,选用通道0，10位转换精度

    ADCCON3=OxAO;//参考电压选为电源电压3.3V

    while(!ADcIF);//循环等待

    U=ADCL

    m=ADCH

    u：=m<<8;//把存储结果转化为十六进制数据

    U>>=6;

    result=(U*3.3)/512; //计算实际电压值

    result=(result*380)/0. 97； //计算二氧化碳的浓度值

    return result;

    }

⑥为了保证处理结果准确，进行简单的数字滤波，避免一些噪声干扰。

 float filter()

{

# defineN5

 int count, i, j;

 float vajue_buf[N],

 float sum = O,  temp = O；

for(count = O; count<N, count +  +  )

     value_buf[count]  =  Read CO2Sensor();

     delay(6000);

}

for(j = O, j＜N-1; j + + )

{

for(i = O, i＜N-j; i+ + )

{

 if(vajue_buf[i]＞vajue_buf[i+1]

   {

               temp= value buf[i];

                value buf[i] = alue buf[i+1]；

                  value_buf[i+l] = temp;

           }             

       }

   }

   for( count = O; count<N; count +  +  )

         sum + = vajue buf[cornt];

   return( float) ( sum/(N));

}

通过读取气体传感器的数据，气体监控管理模块既可以简单判断是否有气体，也可以获取气体浓度，从而进一步管理和监控。

核心代码（3）

（2）气体传感器ZigBee协议栈的设计

在ZigBee协议栈中，通过调用函数SendData()来完成数据的发送，其原型如下：

uint8 SendData(uint8 *buf,uint16 addr, uint8 Leng)

功能描述：将缓冲区 buf 中的数据发送到地址为 addr 的节点中。

输入： buf（指向发送数据）

               addr（目的节点地址）

               Leng（发送数据的长度）

输出：发送成功返回 1，否则返回 0。

 气体传感器节点通过调用SendData()函数将气体检测数据发送给嵌入式网关，嵌入式网关将在接收数据缓冲区RxBuf[50]中读取数据。

uintl6 CO2_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )

{

 afIncomingMSGPacket_t * MSGpkt;

 if ( events& SYS EVENT_ MSG )

    {

    MSGpkt=(afIncomingMSGPacket_t *)osal_ msg_receive( CO2_ TaskID);

    while ( MSGpkt )

    {

       switch ( MSGpkt - >hdr. event )

    {

 //通过按键输入，开始接收数据

    case  KEY_CHANGE：

    CO2_ HandleKeys(((keyChange_t*) MSGpkt) ->state，（keyChange_t*）MSGpkt）

    一> keys);

    break;

   //外部数据接收

 case AF_INCOMING_MSG_CMD:

   C02_MessageMSGCB( MSGpkt );

     break:

 //网络状态改变

    case ZDO_STATE_CHANGE:

   C02_NwkState=(devStates_t)(MSGpkt ->hdr.status)；

    if(C02_NwkState= =DEV_ZB_COORD)

    ||(C02_NwkState= =DEV_ROUTER)

    ||(C02_NwkState= =DEV_END_DEVICE)）

 {

#if defined(ZDO_COORDINATOR）

conPrintROMString（"嵌入式网关建立网络成功＼n"）;

conPrintROMString（"嵌入式网关程序：物理地址："）;

memcpy( RfTx.TXDATA.IEEE,NLME_GetExtAddr(),8);      //获取物理地址

conPrintUINT8_noleadern(RfTx. TXDATA.  IEEE,8);

conPrintROMString（"嵌入式网关网络地址："）;

RfTx.TXDATA.Saddr=NLME_GetShortAddr();           //获取网络地址

conPrintUINT16(RfTx. TXDATA. Saddr);

HalLedBlink（HAL_LED_4，4，50,250）;

#elif defined(RTR_NWK)&&(!defined( ZDO_COORDINATOR))

conPrintROMString（"路由节点加入网络成功＼n"）;

HalLedBlik( HAL_LED_4, 3, 50, 250);             //小灯闪烁

RfTx. TXDATA. HeadCom[0]= 'n';                  //输入命令

RfTx. TXDATA. HeadCom[l]= 'e';

RfTx. TXDATA. HeadCom [2]='w';

RfTx. TXDATA. Node_ type[0] = 'R';              //节点类型

RfTx. TXDATA Node_type[l] = 'O';

RfTx. TXDATA Node_ type[2= 'U'; 

memcpy( RfTx. TXDATA.IEEE,NLME_GetExtAddr( ) , 8);    //获取物理地址

RfTx. TXDATA. Saddr  =  NLME_GetShortAddr();//获取网络地址

SendData(RfTx. TxBuf, Ox0000, 32);         //发送首次信息

# else

conPrintROMString("最终节点加入网络成功＼n" ) ;

HalLedBlink( HAL_LED_4, 3, 50, 250 );

RfTx. TXDATA. HeadCom[0]  = 'n';           //输人命令 

RfTx. TXDATA. HeadCom[l]  = 'e';

RfTx. TXDATA. HeadCom[2]  = 'W';

RfTx. TXDATA. Node_type[0] = 'R';           //节点类型

RfTx. TXDATA. Node_type[l]  = 'F';

RfTx. TXDATA. Node_type[2]  = 'F';

memcpy( RfTx.TXDATA.IEEE, NLME_ GetExtAddr( ) , 8) ; //获取物理地址

    RfTx．TXDATA．Saddr=NLME_GetShortAddr();       //获取网络地址

    SendData( RfTx.TxBuf,Ox0000,32);              //发送首次信息

    # endif

//串行输出二氧化碳浓度数据

osal_start_timerEx( C02_TaskID,

C02_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,

C02_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT);

}

else

{

break,

}

//释放内存

osal_msg_deallocate((uint8 * )MSGpkt );

MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t * )osal_msg_receive( C02_TaskID );

return (events ^ SYS_EVENT_MSG);

}

（3）风扇控制程序的设计                             

         植物光合作用需要二氧化碳。二氧化碳浓度低于系统设定值时，系统自动开启风扇，加强通风，为植物提供充足的二氧化碳。风扇控制程序流程如图所示：    

    创建一个新的Qt GUI工程，然后在UI界面上拖放两个QLabel、两个QLineEdie、一个QCheckBox控件。摆放位置，并设定显示文字，效果如图所示

    在新工程中添加串口类和ZigBee线程类文件，主要功能部分实现如下：

        void Widget::timeUpdate()

{

    flaat check_data;

    QString s=ui - > check_data一>text();

    check_data=s.tolnt();

    if(ui - >checkBox - >checkState())

    ｛

        if(m_data<check_data)    ／／小于设定值时，打开风扇

   ｛

        sendAutoCmd( true);

    }

    else if (m_ data>check_data)    ／／大于设定值时，关闭风扇

   ｛

       sendAutoCmd( false);

       }

    }

    emit  sendlReadCmd();       ／／发送命令，读取传感器数据

}

       这部分代码的主要功能是定时器每隔一秒响应一次，当自动选项是选中状态时，比较当前的二氧化碳浓度值。若低于设定的阈值，打开风扇；若高于设定的阈值，自动关闭风扇。