自製氣體監視器,避免氣爆事件和瓦斯爆炸。

看到高雄氣爆事件和最近的新店瓦斯爆炸事件,看得真的是讓人很難過,所以想說用科學的角度,是否有辦法改善這種事情再度發生。

首先柯博文老師先分享一下,美國是怎麼樣與預防瓦斯和火災,以加州和內華達州等州法,都用明文規定,房子需要安裝瓦斯與煙霧偵測器,這種設備一般都是安裝在天花板或者是牆上,並且每一個房間都需要安裝一個,通常在買賣房屋時、租售房屋、房屋貸款時,這些設備都需要做檢測是否安裝和運作正常。

它的準確程度非常靈敏,我有幾次在家裏煎牛排所產生的煙霧,都足夠造成檢測器的鳴叫,價格約在8塊錢美金到40塊錢美金之間,主要的差異實在偵測氣體的種類,你可以到amazon 或拍賣網站上面找Smoke Alarm 煙霧警報器、Fire Alarm 火災警報器,當然也有跟進一步的功能如carbon Monoxide 一氧化碳警報器 、gas Alarm 瓦斯警報器等等...目前台北市的在2012/05/21 發佈的火災預防自治條例裏面有明文規定 這裡,其他縣市陸續也有類似的條例。但是目前都還是在公共場所和大樓的公設,還沒有強制規定到家裡面。其實廚房、熱水器旁邊,才是最需要檢測的地方。

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那麼科技的角度來看的話,是不是有辦法自製一個?當然可以囉,而且現在的氣體感應設備,種類繁多將近有20多種的氣體都已經是可以被偵測到而且提供詳細的數據, 我把我的著作"Arduino 互動設計專題與實戰,深入Arduino 的全方位指南" 中的 氣體氣體感應設備的部份,貼出來跟大家分享自己的淺見,並希望能夠減少這類的事件再度發生。

報章媒體頻頻報導「瓦斯中毒」意外事件的發生,瓦斯本身是烷類氣體,無色、無臭、無味且無毒,家用桶裝瓦斯屬於丙烷類氣體,天然氣則為甲烷類氣體,除非在極小的密閉空間內充滿瓦斯,才會因瓦斯對氧氣的排擠效應導致缺氧窒息,否則一般民眾在開放的空間內瓦斯外洩或開瓦斯意圖自殺,並不會因吸入瓦斯而中毒死亡。瓦斯的可怕在於它具可燃性,容易引爆,其爆炸的威力足以讓左鄰右舍屋毀人亡,因此家用瓦斯常添加有臭味的刺激物以提醒民眾注意瓦斯外洩。報章媒體每每報導「瓦斯中毒」實有誤導民眾之虞,認為可以利用吸瓦斯而中毒自殺,但結果卻造成開瓦斯者自殺不成,反致瓦斯爆炸殃及無辜。一氧化碳本身也是無色、無臭、無味但卻具有毒性的氣體,所以一般人常在意外中中毒而不自覺,甚而產生嚴重的後果。因為一氧化碳和紅血球中的血紅素結合的能力是氧氣的230270倍,因此一旦結合後便會造成氧氣不易釋放至組織中,造成組織缺氧或死亡。

瓦斯泛指一般的可燃性氣體 ,它是無色、無味、無臭和無毒的氣體, 臭味是添加人工臭氣的緣故。液化天然 氣 (LNG) ,俗稱 天然瓦斯,其成份以 甲烷居多, 天然瓦斯氣化後比空氣輕 ,外洩時會往上飄;而 液化石油氣 (LPG) ,俗稱 桶裝瓦斯, 其成份以 丙烷、丁烷居多,桶裝 瓦斯比空氣重 ,外洩時會往下沉。瓦斯外洩之濃度達到爆炸下限 , 若有火花即刻會引爆 ,造成瓦斯爆炸 。

而一氧化碳 ( 簡稱 CO) 是無色、無味和無臭的毒性氣體,對人體的影響是濃度與時間的加乘關係,即使低濃度的一氧化碳,長期暴露就會頭痛、噁心、疲倦感,而高濃度時抽搐、無意識,嚴重者 1~3 分鐘…, 因此常被稱做隱形殺手或沈默兇手。 一氧化碳產生的原因是燃料因通風不良 、 造成不完全燃燒所引起,其濃度是隨時間而漸進累積的。最主要來自於瓦斯熱水器、炭火、廚房爐具、地下停車場以及車庫內汽車排放的廢氣。 因為一氧化碳略比空氣輕,很容易飄入室內,而且它是無色無味無臭的毒氣,人體吸入時完全不自覺,因此一氧化碳警報器是防止一氧化碳中毒的最後一道防線。

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圖 各種一氧化碳感應器

市面上常見氣體感應器列表:

氣體感應器 偵測的氣體
MQ-2 甲烷,丁烷,液化石油氣(LPG),煙。
MQ-3 酒精,乙醇,煙霧
MQ-4 甲烷,CNG天然氣
MQ-5 天然氣,液化石油氣
MQ-6 液化石油氣(LPG),丁烷氣
MQ-7 一氧化碳
MQ-8 氫氣
MQ-9 一氧化碳,可燃氣體。
MQ131 臭氧
MQ135 空氣質量
MQ136 硫化氫氣體。
MQ137 氨。
MQ138 苯,甲苯,醇,丙酮,丙烷,甲醛氣體。
MQ214 甲烷,天然氣。
MQ216 天然氣,煤氣。
MQ303A 酒精,乙醇,煙霧
MQ306A 液化石油氣(LPG),丁烷氣

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氣體感應器上的編號位置,如這裡顯示MQ-2

詳細的資料與相關的函式庫,可以參考http://playground.Arduino.cc/Main/MQGasSensors

實驗介紹:

煙霧感應器警報器,所設計出的產品可以放在家庭及營業場所皆適用,加上Arduino 的輕巧,低耗電率之設計,在透過 煙霧感應器,當發生問題時,可以利用警報燈及合成語音,或警報燈及蜂鳴器發出警告危險,你也可以使用合成語音及蜂鳴器等發出警告訊息,這裡我們只用LED燈來顯示。

硬體準備:

  • Arduino 版子
  • 一個氣體感應器
  • 一個LED
  • 麵包板
  • 接線

此設備有4個接腳分別是

  • AO為類比資料的輸出
  • DO 為數位資料的輸出
  • Gnd為接低
  • VCC 5V

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 MQ-2 煙霧感應器 的接腳。

硬體接線:

Arduino 接腳 元件接腳
A0為類比資料的輸出 MQ-2 煙霧感應器 A0
接腳2 MQ-2 煙霧感應器 D0
GND MQ-2 煙霧感應器GND 接地
5V MQ-2 煙霧感應器VCC 電源

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 MQ-2 煙霧感應器 實習接線圖。

Arduino範例程式碼在此:

  1. // 柯博文 www.powenko.com
  2. int sensorValue=0;
  3. int Key1Pin = 2;
  4. int ledPin1= 13;
  5. void setup()
  6. {
  7. Serial.begin(9600); // 設定Serial 傳輸速度
  8. pinMode(Key1Pin, Output); // 這裡設定所要發出警告的PIN腳模式
  9. }
  10. void loop()
  11. {
  12. Serial.print("Value:");
  13. sensorValue = analogRead(0); //讀取數位 pin 0
  14. Serial.print(sensorValue, DEC); // 顯示資料
  15. delay(1000); //休息1
  16. int keystate = digitalRead(Key1Pin); // 取得輸入PIN 腳的值
  17. if(keystate == 0)
  18. {
  19. Serial.print(" Safe"); // 安全
  20. digitalWrite(ledPin1, LOW); // 正常
  21. }else{
  22. Serial.print(" Help"); // 偵測到了
  23. digitalWrite(ledPin1, HIGH); // 發出警告
  24. }
  25. Serial.println(" ");
  26. }

執行結果:

  1. 16行:讀取數位 pin A0,取得瓦斯/煙霧的量。
  2. 20行:讀取類比 pin 2,取得瓦斯/煙霧的量是否在安全值內。
  3. 21-24行: 安全處理。
  4. 27-28行:危險處理。

Screen Shot 2014-08-15 at 11.03.49 AM

 執行結果。

Screen Shot 2014-08-15 at 11.03.54 AM 實際接線圖 執行結果。

執行結果:

執行的影片,請看http://youtu.be/_qsyBJJ6WlE

真的誠心的希望這樣的事件能夠不要再發生了,也希望這篇文章能夠幫的一點小忙,如果需要,請自行轉載。

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