一、项目介绍

随着煤气普及，大部分城市已有95%的天然气覆盖率，但是危险也随之到来，据不完全统计在2022年已有800多起煤气爆炸事故。天然气可以给人类带来便利但也会给人类带来威胁。本系统是一个由单片机控制的煤气浓度报警器，系统包括声音报警器，警示灯，微信小程序，排气扇，系统在报警的同时还可以使用户实时了解到煤气浓度并自动的开启排气扇进行通风，以确保人身财产安全，最大限度地减少损失。

特点：

1，监测到煤气泄露可进行报警

2，可进行远程实时监控

3，及时打开排气扇减小煤气浓度

二、方案框图

根据比赛要求，这次使用得捷的Scheme-it来设计框图，Scheme-it 是一款在线原理图和图表绘制工具，能让让户在浏览器网页中创建并分享自己的技术布局设计。 该工具包括了构建电路所需的一整套原理图符号以及集成式 Digi-Key 目录，支持将产品图片和图像插入您的设计中。该工具还包括一个集成式物料清单 (BOM)，以便用户将每个通用符号或制造商元件与一个 Digi-Key 零件编号相关联。同时，也支持框图导出为png、pdf以及KiCad做后续开发。本项目的主要框图如下，得捷网站链接如下：https://www.digikey.cn/schemeit/project/fastbond2阶段1-基于esp32s3的煤气泄露报警系统的框图设计-4b08a2d73bc64a8f92ce4383c92a1239

主要元器件：

• ESP32-S3 乐鑫
• MQ-D4B半导体煤气传感器
• 蜂鸣器CPT-14146-80T
• LED警示灯
• 排气扇电机

三，关键元器件介绍

主控芯片：乐鑫ESP32S3：

ESP32-S3 是一款集成 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的 MCU 芯片，支持远距离模式 (Long Range)。ESP32-S3 搭载 Xtensa32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240 MHz，内置 512 KB SRAM (TCM)，具有 45 个可编程 GPIO 管脚和丰富的通信接口。ESP32-S3 支持更大容量的高速 Octal SPI flash 和片外 RAM，支持用户配置数据缓存与指令缓存。

ESP32-S3 集成 2.4 GHz Wi-Fi (802.11 b/g/n)，支持 40 MHz 带宽；其低功耗蓝牙子系统支持 Bluetooth 5 (LE) 和 Bluetooth Mesh，可通过 Coded PHY 与广播扩展实现远距离通信。它还支持 2 Mbps PHY，用于提高传输速度和数据吞吐量。ESP32-S3 的 Wi-Fi 和 Bluetooth LE 射频性能优越，在高温下也能稳定工作。

ESP32-S3 拥有 45 个可编程 GPIO 以及 SPI、I2S、I2C、PWM、RMT、ADC、UART、SD/MMC 主机控制器和 TWAI控制器等常用外设接口。其中的 14 个 GPIO 可被配置为 HMI 交互的电容触摸输入端。此外，ESP32-S3 搭载了超低功耗协处理器 (ULP)，支持多种低功耗模式，广泛适用于各类低功耗应用场景。

ESP32-S3 沿用乐鑫成熟的物联网开发框架 ESP-IDF。ESP-IDF 已成功赋能了数以亿计物联网设备，历经了严格的测试和发布周期，具有清晰有效的支持策略。开发人员基于其成熟的软件架构，凭借对工具和 API 的熟悉，将更容易构建应用程序或迁移原有程序至 ESP32-S3 平台。

模块具有多种特有的硬件安全机制。硬件加密加速器支持 AES、SHA 和 RSA 算法。其中的 RNG、HMAC 和数字签名(Digital Signature) 模块提供了更多安全性能。 其他安全特性还包括 Flash 加密和安全启动 (secure boot) 签名验证等。完善的安全机 制使芯片能够完美地应用于各种加密产品。模块支持低功耗蓝牙：Bluetooth5，Bluetooth mesh。蓝牙速率支持：125Kbps，500Kbps，1Mbps，2Mbps。支持广播扩展，多广播，信道选择。

MQ-D4B半导体煤气传感器：

MQ-4B气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-4B气体传感器对甲烷灵敏度高，对酒精及其他一些干扰性气体有较强的抗干扰能力。

蜂鸣器CPT-14146-80T：

小体积的蜂鸣器，通过IO口输出PWM波，从而实现蜂鸣器输出。该部分主要实现报警提醒功能。

排气扇电机：

排气扇电机是一种用于自动控制排气扇的设备。它通常由电动机、传动装置和控制系统组成。排气扇电机可以通过与智能家居系统或遥控器连接，实现远程控制、定时控制和自动化控制。

微信小程序开发：

开发门槛低：小程序相对于APP来说，开发的准入门槛更低，经济实惠，且开发难度小，只要适应微信环境即可；我们分析下微信小程序，在应用功能上几乎和APP的功能一样，可以实现很多很好的应用，体验的和效果基本上一样，我们打开个小程序的时候只需要在小程序的搜索框中进行搜索而且打开速度很快，也不用花流量，在下载和安装的时候也不用考虑安全问题，所以使用方便，没有后顾之忧。从功能和使用方面来说小程序占有颠覆式的效果，不用安装，无需下载，用完即走，所以微信小程序占有很大的优势。

四，项目思路介绍

当发生煤气泄露时，MQ-4B气体传感器通过气体传感器探测周围环境中的低浓度可燃气体，通过采样电路，将探测信号用模拟量或数字量传递给ESP32S3主控，当可燃气体浓度超过控制器或控制电路中设定的值时，控制器通过执行器或执行电路发出报警信号远程发送信息给户主并及时打开排气扇减少煤气浓度。

五，总结

参与本次大赛是一次非常有意义的经历。通过设计煤气泄露报警器，我深刻体会到电子电路设计的乐趣和挑战，让我对电子器件有了更多的了解。

建议：希望Scheme-it可以出中文版。