Датчик газа ардуино схема

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 19.09.2024

Датчик MQ-3 Arduino сможет определить концентрацию паров спирта (алкоголя) в воздухе. Поэтому на основе MQ-3 и LCD дисплея можно создать алкотестер (breathalyzer — название устройств для определения концентрации алкоголя в крови по выдыхаемому воздуху). Датчик паров спирта MQ-3 довольно просто подключить к микроконтроллеру и также легко написать прошивку для устройства на Ардуино.

Датчик паров спирта MQ-3 Ардуино

Сенсор MQ-3 — недорогой полупроводниковый прибор для измерения наличия паров спирта в воздухе при концентрации от 0,05 мг/л до 10 мг/л. Алкотестер на основе чувствительного элемента SnO2 использует химическую реакцию для определения уровня алкоголя. У этого сенсора в чистом низкая воздухе электропроводность, которая повышается линейно при росте концентрации паров алкоголя.

MQ-3 обладает высокой чувствительностью и защищен от помех, например, дыма и паров углеводородных газов. Аналоговый датчик имеет 4 вывода: питание VCC и земля Gnd, а также цифровой и аналоговый вывод. Для точных измерений необходимо достичь рабочей температуры при помощи встроенного нагревателя (около 40 градусов), подержав MQ-3 Arduino во включенном состоянии в течение 10 минут.

Схема алкотестера на Ардуино Уно своими руками

Для этого проекта потребуется:

Соберите схему, как на картинке выше. Порты SDA и SCL у дисплея Ардуино подключаются к пинам A4 и A5 на Arduino Uno. Датчик необходимо подключить к 5V и GND, а аналоговый выход к пину A1. При первом включении датчика возможны посторонние запахи от MQ3 при его нагреве — это нормально. После сборки алкотестера на Ардуино, загрузите следующую простую программу для устройства.

Скетч алкотестера на Ардуино Уно с дисплеем

Пояснения к коду:

схема подключения дисплея к Arduino Mega будет отличаться, так как на этом микроконтроллере есть отдельные пины SDA, SCL;
на дисплее будут отображаться значения с MQ3, обработанные АЦП (Аналогово Цифровым Преобразователем) микроконтроллера.

Используя аналоговый датчик MQ3 (пусть и с цифровым выходом) невозможно получить точные значения концентрации паров спирта в воздухе. Получится лишь грубое приближение к настоящим значениям, после длительной калибровки сенсора. Но используя цифровой датчик, например, от компании Амперка (Troyka-модуль) и библиотеку TroykaMQ.h можно узнать точную концентрацию газов в воздухе.

Схема алкотестера на Ардуино Нано с дисплеем

На данном датчике имеется две группы контактов. Первая группа — это питание и выходной сигнал, вторая группа служит для включения/выключения нагревателя. При замкнутой перемычке на плате MQ3, нагреватель находится всегда во включенном состоянии, поэтому вторая группа контактов не используется. После сборки схемы, согласно приведенной картинке, загрузите следующий код в Arduino Nano.

Скетч алкотестера на Ардуино Нано с дисплеем

Пояснения к коду:

как и сенсор MQ-2 Arduino, датчик выводит информацию о концентрации паров спирта в долях на миллион (ppm), а также в миллиграммах на литр (mG/L);
оба скетча будут работать на разных платах — Uno и Nano. Главное установить библиотеку TroykaMQ.h, которую можно скачать на нашем сайте здесь.

Заключение. Если дисплея 1602 у вас под рукой нет, то можете просто закомментировать или удалить ненужную часть кода. При этом информация с датчика MQ-3, подключенного к плате Arduino, будет выводиться только на монитор порта Arduino IDE. Если у вас остались вопросы по подключению или программированию MQ-3 сенсора для алкотестера на Arduino, оставляйте их в комментариях к этой записи.

Датчик огня KY-026 (flame sensor Arduino) позволяет определить наличие открытого пламени с помощью инфракрасного приемника. На основе датчика можно создать пожарную сигнализацию в доме и много других полезных устройств. Рассмотрим устройство данного сенсора, как его правильно подключить к микроконтроллеру Arduino Uno и разберем работу модуля на примере двух простых программ.

Устройство датчика пламени для Ардуино

Производится flame sensor для Arduino в двух вариантах — с тремя или с четырьмя контактами, распиновка датчика пламени размещена на картинке ниже. Оба варианта имеют цифровой выход. На датчике включается индикатор, а на выходе появляется сигнал истина (логическая единица), если обнаружено пламя, и ложь (логический нуль) при отсутствии пламени в пределах видимости инфракрасного приемника.

Датчик огня с четырьмя ножками имеет дополнительно аналоговый выход, который сообщает не только о наличии сигнала, но и сообщает его характеристику. Таким образом, с помощью сенсора можно определять не только наличие открытого огня, но и его масштаб. ИК датчик реагирует излучение в диапазоне 750 — 1100 нм, на практике сенсор реагирует не только на огонь, но и на солнце или лампы накаливания.

Кроме ИК приемника на модуле размещен подстроечный резистор для калибровки чувствительности датчика и другие радиоэлементы с обозначением. Схема подключения датчика к плате Arduino размещена на картинке ниже. В примерах мы используем порт A1 в качестве цифрового и аналогового входа, в скетче можно изменить порт и использовать для обработки сигнала любой микроконтроллер.

Подключение датчика пламени к Ардуино

Для этого занятия потребуется:

На плате датчика есть подписи у контактов для подключения к Arduino Nano или Uno. Датчик питается от 5V и выдает цифровой или аналоговый сигнал, в зависимости от модификации. В примерах мы покажем, как подключить датчик огня к Ардуино, используя аналоговый и цифровой выход сенсора ky-026, чтобы включать/выключать светодиод от платы. Соберите схему, как на картинке и загрузите следующий скетч.

Датчик MQ-2 Ардуино позволяет выявлять в воздухе минимальную концентрацию водорода и углеводородных газов (пропан, метан, бутан). Применяют сенсоры MQ-2 в проектах умного дома для своевременного обнаружения газа или дыма. Сенсор относится к семейству датчиков MQ, которые отличаются низкой стоимостью, простотой использования и легкостью подключения к микроконтроллеру Ардуино.

Датчик утечки газа MQ2 на Ардуино

Принцип сенсора основан на детекторе, изготовленного из сплава оксида олова и алюминия, который в процессе работы сенсора существенно нагревается. В результате химической реакции, происходящей при попадании молекул углеводородных газов на чувствительный элемент, изменяется сопротивление сенсора. Измеряя изменения сопротивления, можно узнать точное значение концентрации газа в воздухе.

Характеристики датчика MQ2 Ардуино

Питание: 5 Вольт;
Потребляемый ток: 180мА;
Чувствительность: 300-10000 ppm;
Рабочая температура: от -10 до +50 °C;
Влажность воздуха: не более 95%;
Интерфейс: аналоговый и цифровой.

Схема и распиновка датчика газа MQ2

Напряжение аналогового выхода изменяется пропорционально концентрации дыма или газа. Чем выше концентрация газа, тем выше выходное напряжение. Логический сигнал можно откалибровать, держа датчик рядом с дымом, который вы хотите обнаружить. Далее вращайте потенциометр по часовой стрелке (для увеличения чувствительности сенсора), пока не загорится красный светодиод на модуле.

Как подключить датчик MQ2 к Ардуино

Для этого занятия потребуется:

Рассмотрим несколько вариантов кода для сенсора. Первый вариант — без библиотеки и еще два примера с библиотеками MQ2.h и TroykaMQ.h от Амперки. Обе библиотеки можно скачать на нашем сайте здесь. Обратите внимание, что при установке сразу двух библиотек будет происходить конфликт и Arduino IDE выдаст ошибку при компиляции. Загрузите первый пример, после сборки схемы, представленной на картинке выше.

Скетч. Применяем датчик MQ2 без библиотеки

Пояснения к коду:

в этом примере необходимо будет откалибровать датчик, т.е. настроить включение светодиода при заданном пороге концентрации газа. При этом датчик не распознает газы, поэтому лучше использовать библиотеки для MQ2.

Для следующего примера следует переключить пин A1 на логический порт сенсора газа (цифровой сигнал). Если вы используете датчик широкого спектра газов MQ-2 от компании Амперка, то подключите его к микроконтроллеру, согласно схеме. При этом у сенсора должен быть включен нагрев (замкнута перемычка на плате датчика). После подключения датчика к Arduino, загрузите следующую программу в плату.

Скетч. Подключение датчика с библиотекой MQ2.h

Пояснения к коду:

информация с датчика выводится на монитор порта Arduino IDE;
порог включения светодиода можно изменить в операторе if и настроить программу на определение концентрации другого газа (в примере указан CO).

Скетч. MQ2 от Амперки с библиотекой TroykaMQ.h

Пояснения к коду:

в представленном примере информация по концентрации газов выводится в последовательный порт, без включения светодиода;
сенсор должен находится в режиме постоянного нагрева (перемычка замкнута).

Заключение. MQ2 — один из наиболее часто используемых датчиков газа в серии датчиков MQ Arduino. Модуль отлично подойдет для проектов, где требуется создать систему мониторинга качества воздуха в помещении. Способен обнаружить газ при концентрации в воздухе от 200 ppm. Все возникшие вопросы по подключению MQ2 к микроконтроллеру Ардуино и скетчам, оставляйте в комментариях к записи.

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.

Рисунок 1 – Как работает датчик газа/дыма MQ-2? И его взаимодействие с Arduino

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.

Рисунок 2 – Датчик газа MQ-2

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:

Технические характеристика датчика газа MQ-2

Рабочее напряжение	5 В
Сопротивление нагрузки	20 кОм
Сопротивление нагревателя	33 Ом ± 5%
Потребляемая мощность
Сопротивление чувствительности	10 кОм - 60 кОм
Измерение концентрации	200 - 10000 ppm
Время разогрева	более 24 часов

Для более подробной информации, пожалуйста, обратитесь техническому описанию.

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

Рисунок 3 – Внешние компоненты датчика газа MQ-2

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.

Рисунок 4 – Внутренняя структура с чувствительным элементом и соединительными выводами

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.

Рисунок 5 – Чувствительный элемент – керамика на основе оксида алюминия с покрытием из диоксида олова

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.

Рисунок 6 – Внутренняя структура чувствительного элемента датчика газа MQ-2

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.

Рисунок 8 – Модуль датчика газа MQ-2

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.

Рисунок 9 – Выходной сигнал модуля датчика газа MQ-2

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.

Рисунок 10 – Потенциометр регулировки чувствительности модуля датчика газа MQ-2

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.

Рисунок 12 – Подключение модуля датчика газа MQ-2 к Arduino

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

Код Arduino

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

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

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

Вывод в мониторе последовательного порта выглядит так:

Рисунок 13 – Вывод в мониторе последовательного порта скетча для работы с модулем датчика газа MQ-2

Зачем было подключать "выходной вывод D0 на модуле к цифровому выводу 8 на Arduino" если вы его не используете?

В то время как сжиженный нефтяной газ (LPG) необходим почти в каждом домохозяйстве, его утечка может привести к катастрофе. Для предупреждения об утечке газа и предотвращения любой аварии существуют различные устройства обнаружения утечек. В данной статье мы разработаем сигнализацию утечки газа на основе Arduino. Если произойдет утечка газа, эта система обнаружит ее и просигнализирует об этом с помощью зуммера, включенного в схему. Собрать эту систему легко, и каждый, у кого есть минимальные знания в электронике и программировании, сможет сделать это.

Макет детектора утечки газа на Arduino

Модуль датчика LPG газа

Принципиальная схема и описание

Принципиальная схема сигнализации утечки газа на Arduino

Вывод D0 датчика LPG газа напрямую подключен к выводу 18 (A4) Arduino, а выводы Vcc и GND подключены к выводам Vcc и GND на Arduino. Модуль датчика LPG газа содержит датчик MQ3, который и обнаруживает LPG газ. Этот датчик MQ3 содержит внутри себя нагреватель, который может потребовать до 15 минут для нагрева, чтобы подготовиться к обнаружению LPG газа. Схема компаратора используется для преобразования аналогового сигнала с MQ3 в цифровой. LCD дисплей 16x2 подключен к Arduino в 4-битном режиме. Выводы управления RS, RW и En напрямую подключены к выводам Arduino 2, GND и 3. Выводы данных D4-D7 подключены к выводам Arduino 4, 5, 6 и 7. Зуммер соединен с выводом 13 Arduino через NPN транзистор BC547 с резистором 1 кОм на базе.

Описание программы

В программе мы использовали функцию считывания цифрового вывода, чтобы прочитать показания модуля датчика LPG газа, а затем действовали в соответствии с полученными данными.

Читайте также: