Как работает датчик газа/дыма MQ-2? И его взаимодействие с Arduino

Дайте вашему следующему проекту на Arduino нос для возможности обнаружения газов с помощью модуля датчика газа MQ-2. Это надежный датчик газа, подходящий для определения концентрации в воздухе LPG (сжиженного нефтяного газа), дыма, алкоголя, пропана, водорода, метана и угарного газа. Если вы планируете создать систему контроля качества воздуха в помещении, устройство проверки дыхания или систему раннего обнаружения пожара, то модуль датчика газа MQ-2 будет отличным выбором.

Что такое датчик газа MQ-2?

MQ-2 является одним из наиболее часто используемых датчиков газа из серии датчиков MQ. Это датчик газа типа металл-оксид-полупроводник (МОП, MOS), также известный как химрезистор (химический резистор), поскольку обнаружение основано на изменении сопротивления чувствительного материала, когда газ вступает в контакт с этим материалом. Используя простую цепь делителя напряжения, можно измерить концентрацию газа.

Датчик газа MQ-2 работает при постоянном напряжении 5 В и потребляет около 800 мВт. Он может обнаруживать концентрации LPG (сжиженного нефтяного газа), дыма, алкоголя, пропана, водорода, метана и угарного газа от 200 до 10000 ppm (миллионных долей).

Чему равен 1 ppm?

При измерении газов, таких как углекислый газ, кислород или метан, термин концентрация используется для описания количества газа по объему в воздухе. Двумя наиболее распространенными единицами измерения являются миллионная доля (ppm) и процентная концентрация.

Миллионная доля (сокращенно ppm) – это соотношение одного газа к другому. Например, 1000 ppm CO означает, что если бы вы могли сосчитать миллион молекул газа, 1000 из них были бы моноокисью углерода, а 999 000 молекул – какими-то другими газами.

Вот полный список технических характеристик:

Для более подробной информации, пожалуйста, обратитесь техническому описанию.

Скачать техническое описание MQ-2

Совет

Датчик чувствителен к нескольким газам – но не может сказать, какой из них он обнаружил! Это нормально; большинство датчиков газа такие. Таким образом, он лучше всего подходит для измерения изменений концентрации известного газа, а не для определения концентрация какого газа изменилась.

Внутренняя структура датчика газа MQ-2

Датчик фактически заключен в два слоя тонкой сетки из нержавеющей стали, которая называется «антивзрывной сеткой» (anti-explosion network). Она гарантирует, что нагревательный элемент внутри датчика не вызовет взрыва, когда мы ищем легковоспламеняющиеся газы.

Она также обеспечивает защиту датчика и отфильтровывает взвешенные частицы, поэтому внутрь камеры могут проходить только газообразные элементы. Сетка связана с остальной частью корпуса через медное зажимное кольцо.

Так выглядит датчик при удалении внешней сетки. Звездообразная структура образована из чувствительного элемента и шести соединительных ножек, которые выходят за пределы бакелитового основания. Из шести два вывода (H) отвечают за нагрев чувствительного элемента и соединены через катушку из никель-хромовой проволоки, хорошо известного проводящего сплава.

Остальные четыре вывода (A и B), отвечающие за выходные сигналы, подключены с использованием платиновых проводов. Эти провода соединены с корпусом чувствительного элемента и передают небольшие изменения тока, который проходит через чувствительный элемент.

Трубчатый чувствительный элемент изготовлен из керамики на основе оксида алюминия (Al₂O₃) и покрыт диоксидом олова (SnO₂). Диоксид олова здесь является наиболее важным материалом, будучи чувствительным к горючим газам. Керамическая подложка просто увеличивает эффективность нагрева и обеспечивает постоянное нагревание площади датчика до рабочей температуры.

Итак, никель-хромовая катушка и керамика на основе оксида алюминия образуют систему подогрева; в то время как платиновые проволоки и покрытие из диоксида олова образуют сенсорную систему.

Как работает датчик газа?

Когда диоксид олова (частицы полупроводника) нагревается на воздухе до высокой температуры, на его поверхности адсорбируется кислород. В чистом воздухе донорные электроны диоксида олова притягиваются к кислороду, который адсорбируется на поверхности чувствительного материала. Это предотвращает протекание электрического тока.

В присутствии восстановительных газов поверхностная плотность адсорбированного кислорода уменьшается, так как он реагирует с восстановительными газами. Из-за чего электроны высвобождаются в диоксид олова, что позволяет току свободно течь через датчик.

Обзор аппаратного обеспечения – модуль датчика газа MQ-2

Поскольку сам датчик газа MQ-2 не совместим с макетными платами, мы рекомендуем для тестов использовать этот удобный небольшой модуль. Он очень прост в использовании и имеет два разных выхода. Он не только выдает двоичное представление о наличии горючих газов, но также выдает аналоговое представление об их концентрации в воздухе.

Напряжение на аналоговом выходе датчика изменяется пропорционально концентрации дыма/газа. Чем больше концентрация газа, тем выше выходное напряжение; в то время как меньшая концентрация газа приводит к более низкому выходному напряжению. Следующая анимация иллюстрирует взаимосвязь между концентрацией газа и выходным напряжением.

Аналоговый сигнал от датчика газа MQ-2 поступает на высокоточный компаратор LM393 (впаян в нижней стороне модуля) для оцифровки. Рядом с компаратором имеется небольшой потенциометр, который можно покрутить, чтобы отрегулировать чувствительность датчика. Вы можете использовать его для регулировки концентрации газа, при которой датчик его обнаруживает.

Калибровка модуля датчика газа MQ-2

Чтобы откалибровать датчик газа, вы можете держать датчик газа рядом с дымом/газом, который вы хотите обнаруживать, и поворачивать потенциометр, пока на модуле не начнет светиться красный светодиод. Поворачивайте потенциометр по часовой стрелке, чтобы увеличить чувствительность, или против часовой стрелки, чтобы уменьшить чувствительность.

Компаратор на модуле постоянно проверяет, достиг ли аналоговый выходной сигнал (A0) порогового значения, установленного потенциометром. Когда он пересекает пороговое значение, цифровой выход (D0) выдаст высокий логический уровень, и загорится светодиодный индикатор. Эта настройка очень полезна, когда вам нужно при достижении определенного порога запустить какое-то действие. Например, когда концентрация дыма пересекает пороговое значение, вы можете включить или выключить реле или дать команду включить вентиляцию или спринклерную систему пожаротушения.

Распиновка модуля датчика газа MQ-2

Теперь давайте посмотрим на распиновку.

• VCC обеспечивает питание для модуля. Вы можете подключить его к выходу 5 В вашей платы Arduino.
• GND – вывод земли, должен быть подключен к выводу GND на Arduino.
• D0 обеспечивает цифровое представление о наличии горючих газов.
• A0 обеспечивает аналоговое выходное напряжение, пропорциональное концентрации дыма/газа.

Подключение модуля датчика газа MQ-2 к Arduino UNO

Теперь, когда у нас есть полное представление о том, как работает датчик газа MQ-2, мы можем подключить его к нашей плате Arduino!

Подключить модуль датчика газа MQ-2 к Arduino довольно просто. Начните с установки датчика на макетную плату. Подключите вывод VCC к выводу 5V на Arduino, а вывод GND – к выводу Ground на Arduino.

Подключите выходной вывод D0 на модуле к цифровому выводу 8 на Arduino, а выходной вывод A0 на модуле – к аналоговому выводу 0 на Arduino.

Когда вы закончите, у вас должно получиться что-то похожее на рисунок ниже.

Итак, теперь, когда мы подключили наш датчик газа, пришло время написать код и проверить его.

Код Arduino

Код очень прост, и, в основном, он просто читает аналоговое напряжение на выводе A0. При обнаружении дыма он выводит сообщение на мониторе последовательного порта. Посмотрите скетч, прежде чем мы начнем его подробный разбор.

#define MQ2pin (0)    float sensorValue;  // переменная для хранения значения датчика    void setup()  {    Serial.begin(9600); // настроить последовательный порт на скорость 9600    Serial.println("Gas sensor warming up!");    delay(20000);       // дать MQ-2 время для прогрева  }    void loop()  {    sensorValue = analogRead(MQ2pin); // прочитать аналоговый вход 0        Serial.print("Sensor Value: ");    Serial.print(sensorValue);        if(sensorValue > 300)    {      Serial.print(" | Smoke detected!");    }        Serial.println("");    delay(2000); // подождать 2 сек до следующего чтения  }

Скетч начинается с определения вывода Arduino, к которому подключен аналоговый вывод датчика газа MQ-2. Переменная под названием sensorValue определена для хранения значения датчика.

#define MQ2pin (0)    float sensorValue;  // переменная для хранения значения датчика

В функции setup() мы инициализируем последовательную связь с ПК и ждем 20 секунд, чтобы дать датчику прогреться.

Serial.begin(9600); // настроить последовательный порт на скорость 9600  Serial.println("Gas sensor warming up!");  delay(20000);       // дать MQ-6 время для прогрева

В функции loop() значение датчика считывается функцией analogRead() и отображается в мониторе последовательного порта.

sensorValue = analogRead(MQ2pin); // прочитать аналоговый вход 0      Serial.print("Sensor Value: ");  Serial.print(sensorValue);

Когда концентрация газа достаточно высока, датчик обычно выдает значение, превышающее 300. Мы можем отслеживать это значение с помощью оператора if. И когда значение датчика превысит 300, мы отобразим сообщение «Smoke detected!» (Обнаружен дым!).

if(sensorValue > 300)  {    Serial.print(" | Smoke detected!");  }

Вывод в мониторе последовательного порта выглядит так:

Теги

ArduinoMCUДатчикДатчик газаДатчик дымаМикроконтроллерГлавная > Проекты > Подключение датчика газа MQ-2 к Arduino

Датчик газа MQ-2 позволяет регистрировать концентрацию таких газов как водород, дым и горючие углеводородные газы (метан, пропан, бутан). Датчик относится к распространенному семейству датчиков MQ. Это семейство датчиков, благодаря своей низкой стоимости и простоте использования завоевало популярность. Датчик имеет аналоговый и цифровой выход. На цифровой выход сигнал подается при превышении определенного порога концентрации газа, который настраивается подстроечным резистором. Датчик прост в подключении, имеет высокую чувствительность и малое время отклика.

<center>

Датчик представляет из себя небольшую плату, с передней стороны которой расположен чувствительный газоанализатор (детектор), а на обратной стороне располагаются 4 ножки для подключения датчика, индикаторы питания и выходного сигнала, а также потенциометр.

Применяют датчики MQ-2 в системах умного дома, в системах обнаружения газа или дыма на промышленных или частных объектах, в автомобильных вентиляционных фильтрах и т.д.

Характеристики

• Напряжение питания: 5В;
• Потребляемый ток (ток нагревателя): 180мА;
• Диапазон чувствительности 300-10000 ppm;
• Газ, для которого нормируется датчик: изобутан, 1000ppm;
• Время отклика: менее 10 с;
• Рабочая температура: от -10 до +50 °C;
• Рабочая влажность воздуха: не более 95% RH;
• Интерфейс: аналоговый и цифровой;

Принцип работы

Принцип работы датчика основан на чувствительном детекторе из смеси оксидов алюминия и олова, в котором за счет нагревания происходит химическая реакция. Именно поэтому в процессе работы газоанализатор существенно нагревается, так что не стоит пугаться. В результате химической реакции изменяется сопротивление элемента и передается сигнал. В зависимости от чувствительности элемента к определенным газам достигается эффект их обнаружения.

Концентрация газа измеряется в ppm. Она расшифровывается, как parts per million (частей на миллион). Таким образом 1ppm соответствует концентрации в 0,0001%. Что бы получить точное значение измеренной концентрации газа ppm, необходимо выполнить сложное нелинейное преобразование напряжения на аналоговом выходе датчика по таблицам преобразования из документации на датчик, с учетом температуры окружающего воздуха.

С помощью потенциометра можно изменять порог чувствительности цифрового выхода датчика. Имейте ввиду что для разных газов порог чувствительности будет не один и тот же.

Индикаторы, расположенные на датчике, уведомляют нас подключенном питании и превышении порога чувствительности цифрового выхода.

Подключение

Подключить датчик можно к плате Arduino или напрямую к модулю реле. В первом случае используется аналоговый выход А0 датчика, который подключают к аналоговому входу на плате Arduino. В случае с реле используют цифровой выход датчика.

<center>

Внимание. Не подавайте на датчик напряжение питания более 5В, избегайте попадания влаги и щелочи на газоанализатор, избегайте обморожения датчика при очень низких температурах.

Схема подключения представлена на картинке ниже:

<center>

Программный код для Arduino IDE

Пример исходного кода проверки работоспособности датчика для Arduino представлен ниже. Код выводит в монитор порта текущее значение АЦП аналогового входа и информацию о превышении порогового значения. В строчке кода #define smokePin A0 вы можете задать номер пина Arduino, к которому подключен аналоговый выход датчика. Пороговое значение концентрации газа в воздухе вы можете задать самостоятельно.

#define smokePin A0    // определяем аналоговый выход к которому подключен датчик int sensorThres = 400; // пороговое значение АЦП, при котором считаем что газ есть void setup() {   Serial.begin(9600);   // Устанавливаем скорость порта 9600 бод } void loop() {   int analogSensor = analogRead(smokePin);    // считываем значения АЦП с аналогового входа                                               // к которому подключен датчик    Serial.print (analogSensor);                // выводим в порт значение АЦП сигнала с датчика      // Проверяем, достигнуто ли пороговое значение   if (analogSensor > sensorThres) {  // если значение больше допустимого...     Serial.println(" Gaz!");         // выводим в порт надпись, что газ есть   }   else {                             // иначе...    Serial.println(" normal");        // выводим в порт надпись, что газа нет   }   delay(500);  // задержка в 500 миллисекунд. }

Товары, используемые в проекте

Датчик газа MQ-2 (дым, горючие газы)191

руб.

Uno R3 Arduino совместимый контроллер с USB кабелем539

руб.

Uno R3 CH340G Arduino совместимый контроллер с USB кабелем401

руб.

Mega 2560 REV3 Arduino совместимый контроллер с USB кабелемНет в наличии

Arduino и датчик газа / дыма MQ-2

Автор: Mike(admin) от 27-09-2016, 13:16

Arduino можно применять в системах пожарной безопасности и оборудовании обнаружения утечки газа. Для того, чтобы плата Arduino успешно решала задачи такого рода, нужно подключить к ней датчик газа MQ-2.

Этот датчик достаточно недорогой и широко распространенный. К тому же он довольно прост в эксплуатации. В этом материале будет показано, как использовать Arduino вместе с датчиком дыма и газа MQ-2.

Датчик MQ-2 чувствителен к дыму и к горючим газам, таким как сжиженный природный газ, бутан, пропан, метан, пары спирта и водород. В зависимости от уровня газа в атмосфере меняется внутреннее сопротивление датчика. MQ-2 имеет аналоговый выход, поэтому напряжение на этом выходе будет меняться пропорционально уровню газа в окружающей среде. Для определения по логическому уровню также имеется цифровой выход. На модуле датчика есть встроенный потенциометр, который позволяет настроить чувствительность этого датчика в зависимости от того, насколько точно вы хотите регистрировать уровень газа. Ниже показано изображение датчика дыма/газа MQ-2 с обозначением выводов.

Для того, чтобы попрактиковаться с Arduino и датчиком MQ-2, соберем простую систему обнаружения газа/дыма. Для этого помимо самого датчика и Arduino нам потребуется макетная плата, один красный светодиод, один зеленый светодиод, динамик или зуммер, три резистора 220 Ом и соединительные провода.

Суть работы этой системы проста: при достижении определенного уровня газа/дыма в атмосфере загорится красный светодиод и зуммер будет издавать звук.

Соединение всех компонентов системы производится в соответствии с представленной ниже схемой. Здесь аналоговый выход датчика MQ-2 подключается к аналоговому порту A5 платы Arduino Uno. Зуммер подключается к цифровому порту D10, а зеленый и красный светодиоды к D11 и D12 соответственно.

После того, как правильно подключите все компоненты, скопируйте нижеприведенный код в среду разработки Arduino IDE, скомпилируйте его и загрузите в плату Arduino Uno. Этот скетч довольно прост. Для изменения порога срабатывания зуммера и красного светодиода можете поменять значение sensorThres.

  int redLed = 12;  int greenLed = 11;  int buzzer = 10;  int smokeA0 = A5;  // Пороговое значение:  int sensorThres = 400;    void setup() {    pinMode(redLed, OUTPUT);    pinMode(greenLed, OUTPUT);    pinMode(buzzer, OUTPUT);    pinMode(smokeA0, INPUT);    Serial.begin(9600);  }    void loop() {    int analogSensor = analogRead(smokeA0);      Serial.print("Pin A0: ");    Serial.println(analogSensor);    // Проверяем, достигнуто ли пороговое значение    if (analogSensor > sensorThres)    {      digitalWrite(redLed, HIGH);      digitalWrite(greenLed, LOW);      tone(buzzer, 1000, 200);    }    else    {      digitalWrite(redLed, LOW);      digitalWrite(greenLed, HIGH);      noTone(buzzer);    }    delay(100);  }  

Таким образом, совместное использование платы Arduino и датчика газа MQ-2 не представляет каких-либо трудностей как в схеме, так и в коде. С помощью этой платы и данного датчика вы всегда можете собрать свою собственную систему пожарной безопасности.

В© digitrode.ru

Версия для печати &nbsp&nbsp&nbspБлагодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru. &nbsp&nbsp&nbspЕсли Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы, &nbsp&nbsp&nbspВы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие. —> Вернуться24607—> 1В 

Категория: Микроконтроллеры и микропроцессоры, Статьи, Датчики

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарийИспользуемые источники:

• https://radioprog.ru/post/737
• https://mcustore.ru/projects/podklyuchenie-datchika-gaza-mq-2-k-arduino/
• http://digitrode.ru/computing-devices/mcu_cpu/383-arduino-i-datchik-gaza-dyma-mq-2.html