IoT 實作：MQ-4 瓦斯感測器 + ESP8266 即時 Line 通知系統

瓦斯已經帶給我們在生活中非常大的便利，但每隔一段時間，總會看到關於瓦斯氣爆、瓦斯漏氣危害的新聞報導。許多家庭因為日常中的一個不注意，就造成了難以挽回的遺憾。

如果我們能利用物聯網技術，製作一個自動監測環境中瓦斯濃度的警報系統，當偵測到濃度超過安全標準時，能即時：

• 📱 發送 Line 通知到手機（個人或群組）
• 🔔 發出本地警報聲提醒在場人員
• 🪟 甚至自動啟動其他裝置（如打開換氣扇、窗戶）

這樣的系統就能大幅降低瓦斯危害的風險！本文將一步步帶您實現這個目標。

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系統所需軟硬體元件

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關於 MQ-4 瓦斯感測器

MQ-4 氣體感測器是甲烷（CH4）、天然氣感測器模組。其內部含有一個帶電化學氣體感測器的小型加熱器，透過感測元件電阻值的變化來判斷氣體濃度。

MQ-4 重要規格說明：

• 偵測氣體：甲烷（CH4）、天然氣（LPG）
• 靈敏度範圍：200 至 10,000 ppm（官方規格表）
• 工作電壓：穩定的 5V 直流電
• 工作電流：最少 150mA，建議 250mA 以上
• ⚠️ 預熱時間：每次通電後至少需要 1 分鐘加熱穩定，才能取得準確數據

關於電流注意事項：由於 MQ-4 需要 150～250mA 的電流，而 WeMos D1 mini 的 3.3V 引腳只能提供 50mA，必須由外部電源（5V）直接供電給感測器，不能直接接在開發板引腳上。

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電路接線圖

基本接線（使用 USB 5V 供電）

外接電源接線（建議：更穩定的 5V 獨立電源）

整體系統架構圖

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第一步：設定 Line Notify

WeMos D1 mini 透過 Line Notify 這個中介工具，可以在 MQ-4 偵測到瓦斯濃度超標時，即時發送通知到 Line 個人訊息或群組。

Line Notify 官方網站：https://notify-bot.line.me/zh_TW/

設定步驟：

1. 進入 Line Notify 官網，點選右上角 「登入」，使用您的 Line 帳號登入。
2. 登入後，點選右上角自己的帳號名稱，選擇 「個人頁面」。
3. 向下捲動找到 「發行存取權杖（開發人員用）」，點選 「發行權杖」。

1. 填寫權杖名稱（如：瓦斯偵測通知），方便之後辨識。
2. 選擇接收通知的聊天室（可選擇個人訊息，或已建立的群組「瓦斯偵測通知」）。

1. 按下 「發行」，系統會產生一組 Token 存取金鑰。

⚠️ 重要提醒：這組 Token 號碼只出現這一次！請務必立刻複製並妥善保存，之後無法再次查詢。

1. 設定完成後，Line 會通知您有新的 Line Notify 服務建立，並提醒您邀請「Line Notify」加入指定群組。

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第二步：程式碼設計（WeMos D1 mini / ESP8266）

基本版：取得感測器原始數值並發送 Line 通知

此版本程式碼使用 TridentTD_LineNotify 程式庫來發送 Line 通知。請先到該連結下載 .zip 壓縮檔，解壓縮後將資料夾放入 Arduino IDE 的 libraries 目錄下。

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiClient.h>
#include <TridentTD_LineNotify.h>

// ★ 修改成您自己的 Line Notify Token
#define LINE_TOKEN "your_line_notify_token_here"

// ★ 修改成您的 Wi-Fi 設定
const char* ssid     = "your_wifi_ssid";
const char* password = "your_wifi_password";

const int MQ4_PIN = A0;          // MQ-4 類比訊號接 A0 引腳

// 通知時間設定
const int COUNT_NORMAL  = 1800;  // 正常狀態：每 30 分鐘通知一次
const int COUNT_WARNING = 10;    // 超標狀態：每 10 秒通知一次
const int GAS_THRESHOLD = 500;   // 瓦斯濃度警戒值（原始 ADC 數值）

int count_number  = 0;
int count_seconds = COUNT_NORMAL;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(ssid, password);
  
  Serial.print("連線中");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("\n連線成功！IP: " + WiFi.localIP().toString());
}

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(MQ4_PIN);
  Serial.print("MQ-4 感測值: ");
  Serial.println(sensorValue);
  
  // 根據濃度設定通知間隔
  count_seconds = (sensorValue > GAS_THRESHOLD) ? COUNT_WARNING : COUNT_NORMAL;
  
  if (count_number >= count_seconds) {
    String message = "瓦斯濃度：" + String(sensorValue) + " (ADC值)\n";
    
    if (sensorValue > GAS_THRESHOLD) {
      message += "⚠️ 瓦斯濃度超標！請立即檢查瓦斯開關！";
    } else {
      message += "✅ 目前濃度正常";
    }
    
    LINE.setToken(LINE_TOKEN);
    LINE.notify("\n" + message);
    count_number = 0;
  }
  
  count_number++;
  delay(1000);  // 每秒執行一次
}

程式邏輯說明：

• 正常狀態（濃度低於閾值）：每 30 分鐘發送一次例行通知
• 超標狀態（濃度高於閾值）：每 10 秒持續發送警報通知，直到濃度恢復正常

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第三步：高精度濃度計算（高級版）

為什麼需要高級版？

基本版取得的是 ESP8266 類比引腳的 ADC 原始數值（0～1023），這個數值並不等同於真實的 ppm 濃度。為了取得準確的 ppm 數值，我們需要根據 MQ-4 的規格表進行數學計算。

MQ-4 感測器原理

MQ-4 感測器內建電阻（RS），其阻值會隨著氣體濃度改變：

• 濃度越高 → RS 阻值越低
• 濃度越低 → RS 阻值越高

感測器還需要串聯一個負載電阻 RL（通常為 10kΩ～47kΩ），用於調整靈敏度。阻值越大，感測器越靈敏。

電路如下：

計算公式推導（歐姆定律應用）

根據歐姆定律（V = I × R），以及 RS 和 RL 串聯的電路，我們可以推導出感測器電阻 RS 的公式：

RS = [(Vc × RL) / VRL] - RL

其中：

• Vc = 電源電壓（5V）
• RL = 負載電阻值
• VRL = RL 兩端測量到的電壓

從 MQ-4 規格表的特性曲線圖（log-log 刻度）中，我們可以讀出 CH4 濃度與 RS/R0 比值的關係：

參考曲線圖中的兩個點 (200, 2.6) 和 (5000, 0.9)，計算對數線性方程式：

斜率 m = log(0.9/2.6) / log(5000/200) = -0.329
截距 b = log(0.9) - (-0.329) × log(5000) = 1.17

ppm 濃度公式：
x (ppm) = 10 ^ { [log(RS/R0) - b] / m }

步驟一：先測量 R0 值（空氣中的基準電阻）

將以下程式燒錄到 WeMos D1 mini，放置在通風良好的正常空氣中跑幾分鐘，待數值穩定後記下 R0 值：

步驟二：帶入 R0 值計算真實 ppm

高級版整合（自動計算 R0 + Line 通知）

上面兩步驟合而為一，開機自動計算 R0，並即時換算出真實的 CH4 ppm 濃度：

收到的 Line 通知範例（高級版）：

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第四步（選用）：透過 IFTTT 通知 Line

除了直接使用 Line Notify API 外，也可以透過 IFTTT（If This Then That） 這個自動化平台來觸發 Line 通知。IFTTT 串接了 Gmail、Twitter、Facebook、Line 等大量知名平台的服務，是物聯網整合的利器。

IFTTT 官方網站：https://ifttt.com/

IFTTT 設定步驟：

1. 進入 IFTTT 網站，點選「Sign up」註冊並登入（支援 Google/Facebook 第三方登入）。
2. 點選「Create」建立新的自動化服務。

1. 點選「+ This」設定觸發條件。

1. 搜尋「webhooks」並選擇 Webhooks 服務。

1. 選擇「Receive a web request」。

1. 填入事件名稱「gas_notify」，按下建立。

1. 點選「+ That」設定執行動作，搜尋並選擇「Line」服務。

1. 選擇「Send message」，設定接收通知的對象（個人或群組），訊息內容中可使用 Value1、Value2、Value3 三個欄位帶入動態數值。

1. 確認設定無誤後按下完成。

1. 完成後，在 IFTTT 首頁找到剛建立的事件，點選 Webhooks 圖示 → 右上角「Documentation」，取得您的 Webhooks 專屬 Key。

1. 若測試失敗，請先確認 Line Notify 連動服務已啟用。回到剛建立的服務，點選 Line 圖示確認連動狀態：

按下「同意並連動」後，Line 會收到連動成功的提示訊息：

IFTTT 介面也會顯示 Line 連動服務為 Active 狀態：

使用 IFTTT 的程式碼修改（ESP8266 部分）：

透過 IFTTT 收到的 Line 通知：

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第五步（選用）：使用 RemoteMe 建立 Web 儀表板

若想在瀏覽器或手機上即時查看瓦斯濃度的數值儀表板，可以使用 RemoteMe.org 這個免費服務，不需要自己架設伺服器。

RemoteMe 官方網站：RemoteMe.org

設定步驟：

1. 前往 RemoteMe.org 註冊並登入帳號。

1. 進入「Variables」選項，點選右上角「+Add」新增變數：

• Name：Gas_detection
• Mode：Local
• Type：Integer

1. 前往「Devices」，新增「New Network Device (Esp)」：

• Type：Arduino
• Name：ESP_Gas_detection

1. 在設備旁點選三條線圖示，選擇「Code Generator Wizard」，依精靈步驟設定：

• 步驟一：勾選 Gas_detection 變數

• 步驟二：填入 Wi-Fi SSID 和密碼

• 步驟三：啟動「直接連線」

• 步驟四：啟動 Debug Serial，鮑率設 115200

1. 下載並修改生成的程式碼，加入類比訊號讀取並傳送至 setGas_detection() 函數：

1. 新增一個 Web 設備（Web_Gas_ppm），建立儀表板介面：

1. 點選設備旁的箭頭 → 選擇「index」→「Edit with wizard」：

1. 插入「Insert Component」→ 選擇「gauge」儀表元件：

1. 設定儀表參數：

• Name：Gas_detection
• Title：Gas ppm
• Min：0，Max：1200，Step：100

1. 完成後可以選擇開新視窗查看，或生成 URL/QR Code 分享使用：

最終成果 — 即時在網頁和手機上查看瓦斯濃度值：

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第六步（選用）：自己開發 Android APP 讀取 ESP8266 數值

若您有 Android 開發經驗，也可以自行開發 APP，透過 TCP Socket 直接與 ESP8266 通訊，即時接收瓦斯感測數值。

基本架構：

• ESP8266 和 Android 手機必須在同一個區域網路（同一個 Wi-Fi）
• ESP8266 在接收到數值後，主動透過 TCP 傳送給 APP
• APP 使用一個 TCP Server（Port 8266）持續監聽接收資料，另一個 Thread 負責更新 UI 顯示

ESP8266 程式碼：

Android APP 程式碼（MainActivity + MobileServer + Layout XML）：

APP 執行結果：

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結語

這篇文章介紹了多種實現 MQ-4 瓦斯濃度偵測系統的方法，涵蓋從基本的 ADC 數值讀取，到利用對數公式計算真實 ppm 濃度、透過 Line Notify 即時通知、IFTTT 整合、RemoteMe Web 儀表板，以及自製 Android APP。

物聯網的強大之處在於它的靈活性與實用性 — 我們可以用相對低廉的成本，在家中建構一套守護家人安全的智慧系統。隨著 5G 通訊技術逐漸普及，物聯網應用將更加無縫地融入我們的日常生活，許多生活上的需求也將整合在手機或穿戴式裝置上，讓我們的生活更加安全、便捷。

您可以進一步參考：

• WeMos D1 mini ESP8266 入門指南
• TridentTD_LineNotify 程式庫
• MQ-4 感測器規格表（PDF）
• MQ-4 計算原理參考文章