آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز | پروژه بعدی آردوینو خود را با افزودن ماژول حسگر گاز MQ2 به یک حسگر گاز مجهز کنید. این حسگر چند منظوره قادر است غلظت‌های LPG، دود، الکل، پروپان، هیدروژن، متان و مونوکسید کربن را در هوا تشخیص دهد.

این ویژگی ماژول حسگر گاز MQ2 را به گزینه‌ای عالی برای ساخت یک سیستم نظارت بر کیفیت هوای داخلی، یک الکل‌سنج یا یک سیستم تشخیص زودهنگام آتش تبدیل می‌کند. در ادامه با آموزشگاه خانه رباتیک ایران همراه باشید.

راه اندازی ماژول حسگر گاز

حسگر MQ2 یکی از پرکاربردترین حسگرها در سری حسگرهای MQ است. این حسگر از نوع MOS (نیمه‌هادی اکسید فلزی) است. حسگرهای اکسید فلزی همچنین به عنوان شیمی‌مقاومت‌ها شناخته می‌شوند زیرا حس کردن بر اساس تغییر مقاومت ماده حسگر در معرض گازها است.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

سنسور گاز MQ2 با ولتاژ ۵ ولت DC کار می‌کند و تقریباً ۸۰۰ میلی‌وات مصرف دارد. این سنسور قادر است غلظت‌های LPG، دود، الکل، پروپان، هیدروژن، متان و مونوکسید کربن را در محدوده ۲۰۰ تا ۱۰۰۰۰ ppm تشخیص دهد.

غلظت ۱ ppm به چه معناست؟

قسمت در میلیون، یا به اختصار ppm، رایج‌ترین واحد برای اندازه‌گیری غلظت گاز است. ppm به سادگی نسبت یک گاز به گاز دیگر است. به عنوان مثال، ۵۰۰ ppm مونوکسید کربن به این معناست که اگر بتوانید یک میلیون مولکول گاز را بشمارید، ۵۰۰ مولکول مونوکسید کربن و ۹۹۹۵۰۰ مولکول دیگر گازهای دیگر خواهند بود.

توجه داشته باشید که سنسور گاز MQ2 قادر به تشخیص چندین گاز است، اما نمی‌تواند آن‌ها را شناسایی کند! این امر طبیعی است؛ بیشتر سنسورهای گاز به این صورت عمل می‌کنند. بنابراین، این سنسور بیشتر برای اندازه‌گیری تغییرات در چگالی یک گاز شناخته شده مناسب است تا تشخیص اینکه کدام گاز در حال تغییر است.

ساختار داخلی سنسور گاز MQ2

MQ2 یک سنسور با حرارت‌دهی است. بنابراین، با دو لایه مش استیل ضد زنگ که به عنوان “شبکه ضد انفجار” شناخته می‌شود، پوشانده شده است. این امر اطمینان می‌دهد که عنصر حرارتی داخل سنسور باعث انفجار نمی‌شود زیرا ما در حال حس کردن گازهای قابل اشتعال هستیم.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

همچنین حسگر را محافظت کرده و ذرات معلق را فیلتر می‌کند و تنها عناصر گازی را به داخل محفظه اجازه عبور می‌دهد. یک حلقه قفل‌دار با روکش مس، مش را به بقیه بدنه محکم می‌کند.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

زمانی که مش خارجی برداشته می‌شود، حسگر به این شکل به نظر می‌رسد. عنصر حسگر و شش پایه متصل شونده که از پایه باکلیت فراتر می‌روند، ساختار ستاره‌ای شکل را تشکیل می‌دهند. دو (H) از شش پایه مسئول گرم کردن عنصر حسگر هستند و توسط یک سیم‌پیچ نیکل-کروم (یک آلیاژ رسانای معروف) به هم متصل شده‌اند.

چهار پایه باقی‌مانده که سیگنال را منتقل می‌کنند (A و B) با سیم‌های پلاتینیوم متصل شده‌اند. این سیم‌ها به بدنه عنصر حسگر متصل هستند و تغییرات جزئی در جریان عبوری از عنصر حسگر را منتقل می‌کنند.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

عنصر حسگر لوله‌ای از سرامیک بر پایه اکسید آلومینیوم (AL2O3) ساخته شده است و دارای پوشش اکسید قلع (SnO2) است. اکسید قلع مهم‌ترین ماده است زیرا به گازهای قابل اشتعال حساس است. از سوی دیگر، زیرلایه سرامیکی کارایی گرمایش را بهبود می‌بخشد و اطمینان می‌دهد که ناحیه حسگر به طور مداوم به دمای عملیاتی گرم می‌شود.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

به طور خلاصه، سیستم گرمایشی از یک سیم‌پیچ نیکل-کروم و سرامیک بر پایه اکسید آلومینیوم تشکیل شده است، در حالی که سیستم حسگری از سیم‌های پلاتینیوم و پوشش اکسید قلع تشکیل شده است.

حسگر گاز چگونه کار می‌کند؟

زمانی که لایه نیمه‌هادی SnO2 به دمای بالا گرم می‌شود، اکسیژن بر روی سطح آن جذب می‌شود. وقتی هوا تمیز است، الکترون‌ها از نوار هدایت اکسید قلع به مولکول‌های اکسیژن جذب می‌شوند. این امر باعث ایجاد یک لایه کاهش الکترون در زیر سطح ذرات SnO2 می‌شود که یک مانع پتانسیل ایجاد می‌کند. در نتیجه، فیلم SnO2 بسیار مقاوم می‌شود و از جریان الکتریکی جلوگیری می‌کند.

اما در حضور گازهای کاهنده، چگالی سطح اکسیژن جذب‌شده کاهش می‌یابد زیرا با گازهای کاهنده واکنش نشان می‌دهد و مانع پتانسیل را کاهش می‌دهد. در نتیجه، الکترون‌ها به داخل اکسید قلع آزاد می‌شوند و اجازه می‌دهند جریان به راحتی از طریق حسگر عبور کند.

مروری بر سخت‌افزار ماژول حسگر گاز MQ2

حسگر گاز MQ2 استفاده آسانی دارد و دو خروجی مختلف ارائه می‌دهد. این حسگر نه تنها نشان‌دهنده باینری حضور گازهای قابل اشتعال است، بلکه نمایشی آنالوگ از غلظت آن‌ها در هوا نیز ارائه می‌دهد.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

ولتاژ خروجی آنالوگ حسگر (در پین A0) به تناسب غلظت دود/گاز تغییر می‌کند. هر چه غلظت بیشتر باشد، ولتاژ خروجی بالاتر خواهد بود؛ و هر چه غلظت کمتر باشد، ولتاژ خروجی نیز پایین‌تر خواهد بود.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

این سیگنال آنالوگ توسط یک مقایسه‌گر با دقت بالا LM393 دیجیتالی شده و در پین خروجی دیجیتال (D0) در دسترس قرار می‌گیرد.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

این ماژول شامل یک پتانسیومتر برای تنظیم حساسیت خروجی دیجیتال (D0) است. شما می‌توانید از آن برای تعیین یک آستانه استفاده کنید به طوری که وقتی غلظت گاز از مقدار آستانه فراتر رفت، ماژول خروجی LOW و در غیر این صورت خروجی HIGH ارائه کند.

چرخاندن دکمه به سمت عقربه‌های ساعت حساسیت را افزایش می‌دهد و چرخاندن آن به سمت خلاف عقربه‌های ساعت حساسیت را کاهش می‌دهد.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

علاوه بر این، ماژول دارای دو LED است. LED تأمین برق هنگامی که ماژول روشن است روشن می‌شود و LED وضعیت هنگامی که غلظت گاز از مقدار آستانه فراتر می‌رود روشن می‌شود.

مشخصات فنی

در اینجا مشخصات آمده است:

– ولتاژ کاری: ۵V
– مقاومت بار: ۲۰ KΩ
– مقاومت گرمکن: ۳۳Ω ± ۵%
– مصرف حرارتی: <800mW
– مقاومت حسگر: ۱۰ KΩ – ۶۰ KΩ
– محدوده غلظت: ۲۰۰ – ۱۰۰۰۰ppm
– زمان پیش‌گرم شدن: بیش از ۲۴ ساعت

نقشه پین‌های ماژول حسگر گاز MQ2

حالا بیایید به نقشه پین‌ها نگاه کنیم.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

VCC برق را به ماژول تأمین می‌کند. آن را به خروجی ۵V آردوینو خود متصل کنید.

GND پین زمین است.

D0 وجود گازهای قابل اشتعال را نشان می‌دهد. D0 زمانی که غلظت گاز از مقدار آستانه (که توسط پتانسیومتر تنظیم شده است) فراتر رود، LOW می‌شود و در غیر این صورت HIGH خواهد بود.

A0 ولتاژ خروجی آنالوگی تولید می‌کند که متناسب با غلظت گاز است، بنابراین غلظت بالاتر منجر به ولتاژ بالاتر و غلظت پایین‌تر منجر به ولتاژ پایین‌تر می‌شود.

کالیبره کردن حسگر گاز MQ2

از آنجا که MQ2 یک حسگر با گرمکن است، کالیبراسیون حسگر ممکن است در صورتی که برای مدت طولانی در انبار باقی بماند، دچار انحراف شود.

هنگام استفاده اولیه پس از یک دوره طولانی از انبار (یک ماه یا بیشتر)، حسگر باید به مدت ۲۴ تا ۴۸ ساعت به طور کامل گرم شود تا از حداکثر دقت اطمینان حاصل شود.

اگر حسگر به تازگی استفاده شده باشد، تنها ۵ تا ۱۰ دقیقه طول می‌کشد تا به طور کامل گرم شود. در طول دوره گرم شدن، حسگر معمولاً خوانش بالایی دارد و به تدریج کاهش می‌یابد تا زمانی که پایدار شود.

آزمایش ۱ – اندازه‌گیری غلظت گاز با استفاده از خروجی آنالوگ (A0)

در اولین آزمایش، ما خروجی آنالوگ را می‌خوانیم تا غلظت گاز را تعیین کنیم و ببینیم آیا در محدوده قابل قبول است یا خیر.

نقشه‌کشی
بیایید حسگر گاز MQ2 را به آردوینو متصل کنیم.

ابتدا پین VCC را به پین ۵V آردوینو و پین GND را به پین زمین آردوینو متصل کنید. در نهایت، پین خروجی A0 ماژول را به پین آنالوگ َA0 در آردوینو متصل کنید.

تصویر زیر نقشه‌کشی را نشان می‌دهد.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

یافتن مقدار آستانه

برای تعیین اینکه آیا غلظت گاز در محدوده قابل قبول است یا خیر، شما باید مقادیر خروجی حسگر خود را هنگامی که در معرض مقادیر مختلف دود/گاز قرار می‌گیرد، ثبت کنید.

به سادگی کد زیر را اجرا کنید و خوانش‌های خود را بگیرید.

کد راه اندازی ماژول حسگر گاز

#define MQ2pin 0

float sensorValue;  //variable to store sensor value

void setup() {
	Serial.begin(9600); // sets the serial port to 9600
	Serial.println("MQ2 warming up!");
	delay(20000); // allow the MQ2 to warm up
}

void loop() {
	sensorValue = analogRead(MQ2pin); // read analog input pin 0

	Serial.print("Sensor Value: ");
	Serial.println(sensorValue);
	
	delay(2000); // wait 2s for next reading
}

۱۰

۱۱

۱۲

۱۳

۱۴

۱۵

۱۶

۱۷

۱۸

#define MQ2pin 0

float sensorValue; //variable to store sensor value

void setup() {

Serial.begin(۹۶۰۰); // sets the serial port to 9600

Serial.println("MQ2 warming up!");

delay(۲۰۰۰۰); // allow the MQ2 to warm up

}

void loop() {

sensorValue = analogRead(MQ2pin); // read analog input pin 0

Serial.print("Sensor Value: ");

Serial.println(sensorValue);

delay(۲۰۰۰); // wait 2s for next reading

}

زمانی که کد را اجرا می‌کنید، باید خوانش‌هایی مشابه موارد زیر مشاهده کنید:

– در غیاب دود/گاز (حدود ۱۰۰)
– در حضور دود/گاز (حدود ۴۰۰)

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

این آزمایش ممکن است نیاز به تلاش و خطا داشته باشد. پس از اینکه خوانش‌ها را دریافت کردید، می‌توانید از آنها به عنوان یک آستانه برای فعال‌سازی یک عمل استفاده کنید.

کد آردوینو

کد زیر تعیین می‌کند که آیا غلظت گاز در محدوده قابل قبول است یا خیر.

/* Change the threshold value with your own reading */
#define Threshold 400

#define MQ2pin 0

float sensorValue;  //variable to store sensor value

void setup() {
	Serial.begin(9600); // sets the serial port to 9600
	Serial.println("MQ2 warming up!");
	delay(20000); // allow the MQ2 to warm up
}

void loop() {
  sensorValue = analogRead(MQ2pin); // read analog input pin 0
  
  Serial.print("Sensor Value: ");
  Serial.print(sensorValue);

  if(sensorValue > Threshold)
  {
    Serial.print(" | Smoke detected!");
  }
  
  Serial.println("");
  delay(2000); // wait 2s for next reading
}

۱۰

۱۱

۱۲

۱۳

۱۴

۱۵

۱۶

۱۷

۱۸

۱۹

۲۰

۲۱

۲۲

۲۳

۲۴

۲۵

۲۶

۲۷

/* Change the threshold value with your own reading */

#define Threshold 400

#define MQ2pin 0

float sensorValue; //variable to store sensor value

void setup() {

Serial.begin(۹۶۰۰); // sets the serial port to 9600

Serial.println("MQ2 warming up!");

delay(۲۰۰۰۰); // allow the MQ2 to warm up

}

void loop() {

sensorValue = analogRead(MQ2pin); // read analog input pin 0

Serial.print("Sensor Value: ");

Serial.print(sensorValue);

if(sensorValue > Threshold)

{

Serial.print(" | Smoke detected!");

}

Serial.println("");

delay(۲۰۰۰); // wait 2s for next reading

}

اگر همه چیز خوب باشد، باید چیزی مشابه زیر را در مانیتور سریال مشاهده کنید.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

آزمایش ۲ – تشخیص حضور دود/گاز با استفاده از خروجی دیجیتال (D0)

در آزمایش دوم، ما از خروجی دیجیتال برای تشخیص حضور دود/گاز استفاده خواهیم کرد.

نقشه‌کشی

ما از مدار آزمایش قبلی استفاده مجدد خواهیم کرد. به سادگی اتصال به پین ADC را قطع کنید و پین D0 ماژول را به پین دیجیتال ۸ آردوینو متصل کنید.

تصویر زیر نقشه‌کشی را نشان می‌دهد.

توجه: به خاطر داشته باشید که برای این آزمایش، خروجی آنالوگ را قطع کرده و فقط از خروجی دیجیتال استفاده می‌کنید.

اگر سوالات بیشتری دارید یا نیاز به اطلاعات بیشتری هست، لطفاً بپرسید!

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

تنظیم آستانه

ماژول دارای یک پتانسیومتر داخلی است که برای تنظیم آستانه غلظت گاز استفاده می‌شود. وقتی که غلظت گاز از این آستانه بالاتر برود، ماژول خروجی LOW می‌دهد و LED وضعیت روشن می‌شود.

برای تنظیم آستانه، پتانسیومتر را بچرخانید تا حسگر به درستی تشخیص دهد که آیا غلظت گاز در سطح قابل قبول است یا خیر. این کار به شما کمک می‌کند تا حسگر بتواند به تغییرات غلظت گاز پاسخ مناسبی بدهد.

حال، برای تنظیم آستانه، حسگر گاز را نزدیک دود/گازی که می‌خواهید تشخیص دهید، قرار دهید و پتانسیومتر را بچرخانید تا LED وضعیت شروع به روشن شدن کند. سپس، پتانسیومتر را در جهت مخالف بچرخانید تا زمانی که LED خاموش شود.

همین! ماژول شما اکنون آماده استفاده است.

کد آردوینو

حالا، کد زیر را به آردوینو خود آپلود کنید.

#define MQ2pin 8

int sensorValue;  //variable to store sensor value

void setup() {
	Serial.begin(9600); // sets the serial port to 9600
	Serial.println("MQ2 warming up!");
	delay(20000); // allow the MQ2 to warm up
}

void loop() {
	sensorValue = digitalRead(MQ2pin); // read digital output pin
	Serial.print("Digital Output: ");
	Serial.print(sensorValue);
	
	// Determine the status
	if (sensorValue) {
		Serial.println("  |  Smoke: -");
	} else {
		Serial.println("  |  Smoke: Detected!");
	}
	
	delay(2000); // wait 2s for next reading
}

۱۰

۱۱

۱۲

۱۳

۱۴

۱۵

۱۶

۱۷

۱۸

۱۹

۲۰

۲۱

۲۲

۲۳

۲۴

#define MQ2pin 8

int sensorValue; //variable to store sensor value

void setup() {

Serial.begin(۹۶۰۰); // sets the serial port to 9600

Serial.println("MQ2 warming up!");

delay(۲۰۰۰۰); // allow the MQ2 to warm up

}

void loop() {

sensorValue = digitalRead(MQ2pin); // read digital output pin

Serial.print("Digital Output: ");

Serial.print(sensorValue);

// Determine the status

if (sensorValue) {

Serial.println(" | Smoke: -");

} else {

Serial.println(" | Smoke: Detected!");

}

delay(۲۰۰۰); // wait 2s for next reading

}

شما باید خروجی مشابهی را در مانیتور سریال مشاهده کنید.

آموزش راه اندازی ماژول حسگر گاز

شعبه بابل: پل کارگر به سمت کشوری، روبروی ماکروویو، جنب فروشگاه جانبو

موبایل: ۰۹۱۱۹۵۱۴۸۸۲

خط ثابت: ۰۱۱۳۲۲۲۳۹۲۹

ایمیل: info@khanerobotic.ir

اینستاگرام: khanerobotic

شعبه ساری: خیابان مهدیه، نبش بهمن شرقی

موبایل: ۰۹۱۱۷۱۲۹۸۶۴

خط ثابت: ۰۱۱۳۳۲۰۸۹۰۷

ایمیل: info@khanerobotic.ir

اینستاگرام: salam.electronic