Kai gavau Arduino rinkinį, ieškodamas objekto automatizavimui, kažkaip pagalvojau, kad būtų malonu gauti informaciją apie tai, ar CO (anglies monoksido) lygis kaimo namo katilinėje žiemą yra pavojingas. Šaltomis žiemos dienomis ir ypač naktimis dujų įranga intensyviai dirba ir degina gamtines dujas, kad namuose būtų šilta. Ką daryti, jei turiu blogą ventiliaciją? O gal vamzdyje įstrigo veltinio batas? Ir kiekvieną kartą, kai įeinu į katilinę ir kurį laiką joje pabūnu, kelsiu pavojų savo brangiai gyvybei. Ir niekas nėra apsaugotas nuo gamtinių dujų nuotėkio. Čia jūs iš tikrųjų galite susprogdinti pusę namo tiesiog įjungę šviesą. Būtų neblogai ir juos kontroliuoti ir kažkaip sekti.
Todėl buvo nuspręsta surinkti CO ir metano lygio stebėjimo sistemą katilinės ore remiantis Arduino arba suderinama plokšte. Be paprastų signalizacijų, taip pat norėčiau surinkti statistiką, pavyzdžiui, kaip pavojingų dujų koncentracijos yra susijusios su dujų įrangos darbu. Iš esmės užduotis įgyvendinama šiuolaikiniame kultūros ir technologijų lygyje ir už labai mažus pinigus. Kaip gamtinių dujų vartojimo šaltinį naudojau dujų skaitiklyje įmontuoto jutiklio impulsus, o oro analizei – du itin populiarius Arduino kūrėjų jutiklius MQ-4 ir MQ-7. MQ4 uodžia orą metanui ieškoti, o MQ7 atlieka CO matavimus.
Tačiau norint eiti toliau, paaiškėjo, kad turime įsigilinti į konkrečias detales. Kadangi nedaugelis „Arduino“ ir analogų vartotojų supranta, kokie yra jutikliai MQ-4 ir MQ-7 ir kaip juos apskritai naudoti. Na, pamažu pradėkime žavią istoriją.
Kas yra ppm
Norėdami tinkamai veikti su toliau pateiktomis vertėmis, turite patys suprasti matavimo vienetus. Čia, buvusios Sovietų Sąjungos teritorijoje, rodikliai dažniausiai matuojami procentais (%) arba tiesiogiai masės ir tūrio atžvilgiu (mg/m 3). Tačiau kai kuriose užsienio šalyse jie naudoja tokį rodiklį kaip ppm.
Santrumpa ppm reiškia dalys per milijoną arba laisvai verčiama kaip "dalies iš milijono" (gerai, kad čia nenaudojami svarai už galoną ir imperialai iki fathoms). Iš esmės rodiklis nedaug skiriasi nuo procentų, tiksliau, skiriasi tik matmuo. 1 ppm = 0,0001%, atitinkamai 3% = 30 000 ppm.
Procentų arba ppm konvertavimas į mg/m3 yra sudėtingesnis, čia reikia atsižvelgti į dujų molinę masę, slėgį ir temperatūrą. Apskritai konversijos formulė yra tokia: P x V M = R x T, kur P – slėgis, V M – molinis tūris, R – universali dujų konstanta, T – absoliuti temperatūra kelvinais (ne Celsijaus ar Farenheito laipsniais). Bet kad nekankinčiau skaitytojo mokykliniu chemijos kursu, iškart pateiksiu kelias reikšmes. O labiausiai patyrę interneto tyrinėtojai didžiuliame žiniatinklyje gali rasti internetinius skaičiuotuvus nepriklausomiems skaičiavimams.
CO: 3 % = 30 000 ppm = 34695,52 mg/m3
CO 2: 3 % = 30 000 ppm = 54513,22 mg/m3
Duomenys pateikiami normaliam atmosferos slėgiui ir kambario temperatūrai. Atkreipkite dėmesį, kad CO2, palyginti su procentais, yra beveik dvigubai sunkesnis nei CO. Leiskite jums priminti, kad CO 2 molekulėje yra dar vienas atomas, taigi ir skirtumas. Ir būtent dėl šio skirtumo CO 2 kaupiasi žemumose, o CO prie lubų.
Skirtumas tarp CO ir CO 2
Pirma, verta suprasti, kas yra CO ir kuo jis skiriasi nuo CO 2 . Pirma, CO yra anglies monoksidas, dar vadinamas anglies monoksidu, anglies monoksidu arba anglies (II) monoksidu. CO dujos yra labai klastingos. Jis itin nuodingas, tačiau neturi nei spalvos, nei kvapo. Patekę į patalpą, kurioje yra anglies monoksido, tik iš netiesioginių simptomų suprasite, kad esate veikiamas nuodų. Pirma, galvos skausmas, svaigimas, dusulys, širdies plakimas, tada lavono mėlynumas. Anglies monoksidas jungiasi su hemoglobinu kraujyje, todėl pastarasis nustoja pernešti deguonį į jūsų kūno audinius, o smegenys ir nervų sistema pirmiausia kenčia.
Antra, anglies monoksidas yra puikus kuras ir gali degti ne blogiau nei kitos degios dujos. Tam tikromis koncentracijomis jis sudaro sprogų mišinį, kuris yra pasirengęs susmulkinti į gabalus bet kokio tūrio, kuriame susikaupė dujos, susimaišiusios su deguonimi. Taip, anglies monoksidas yra lengvesnis už orą, todėl aktyviai prasiskverbia į antrą, trečią ir vėlesnius pastatų aukštus.
Pagrindinis CO išmetimo šaltinis, kaip bebūtų keista, yra anglies kuro deginimas su nepakankamu deguonies kiekiu. Anglis „neišdega“ ir vietoj anglies dioksido CO 2 į atmosferą išsiskiria anglies monoksidas CO. Kasdiene prasme puikus CO šaltinis, jei jis netinkamai naudojamas, gali būti malkinės krosnys, dujiniai degikliai, dujiniai katilai ir kita anglies kuru veikianti šildymo įranga. Nepamirškite apie automobilius, benzininio variklio išmetamosiose dujose gali būti iki 3% CO, o pagal higienos normas – ne daugiau kaip 20 mg/m³ (apie 0,0017%).
Apskritai anglies monoksidas yra klastingas ir lengvai gaunamas dalykas. Užtenka užsikimšti kaminą ir galima saugiai eiti pas prosenelius nakčiai pasikūrus krosnį.
CO 2, taip pat žinomas kaip anglies dioksidas, anglies dioksidas, anglies dioksidas, anglies monoksidas (IV) arba tiesiog anglies anhidridas, yra ne mažiau įdomios dujos. Su anglies dioksidu kasdieniame gyvenime susiduriame daug dažniau nei su anglies monoksidu. Geriame gazuotą vandenį, kuriame ištirpęs anglies dioksidas. Karštą vasaros popietę parke ledams konservuoti naudojame sausą ledą, galiausiai iškvėpiame beprotiškais kiekiais anglies dvideginio. Natūralūs objektai, tokie kaip ugnikalniai, pelkės ar sąvartynai, gali generuoti nemažą kiekį anglies dioksido.
Tačiau nemanykite, kad CO 2 dujos yra švelnesnės ir saugesnės nei CO dujos. Didelė CO 2 koncentracija sukelia ne mažiau sunkių pasekmių, įskaitant mirtį. O susikaupimą galite lengvai ir natūraliai padidinti tiesiog nakčiai uždarę langą miegamajame. Be to, skirtingai nei CO, anglies dioksido anhidridas yra sunkesnis už orą ir pavojingai kaupiasi žemose vietose, rūsiuose, nuskaitymo erdvėse ir kitose netikėtose vietose. Užfiksuoti mirties atvejai žmonių, kurie netyčia įkrito į įdubas, pilnas anglies dvideginio, nutekėjusio iš gretimo ugnikalnio. Autobuso variklis užgęsta, trūksta oro ir viskas. CO 2 dujos taip pat yra bespalvės, bekvapės ir beskonės, todėl jų buvimo organoleptiškai nustatyti beveik neįmanoma, išskyrus ryškaus uždusimo pradžią kontroliuoti.
Abi dujos susideda tik iš dviejų tipų elementų. Iš deguonies (O) ir anglies (C) vienintelis klausimas yra deguonies atomų skaičius. Išmanantis skaitytojas gali atspėti, kad vienas dujas gali nepaprastai lengvai paversti kitomis. Taip, gali, bet ne visai lengvai ir ne visai įprastai. Reikia pasistengti. Pavyzdžiui, šiuolaikinių benzininių automobilių katalizatoriuose vyksta CO degimo (konvertavimo) į CO 2 procesas. Procesas vyksta aukštoje temperatūroje ir dalyvaujant katalizatoriams (pavyzdžiui, platinai). Galimas ir atvirkštinis procesas, tačiau tai vėlgi nėra lengva.
Beje, internete yra svetainė CO2.Earth, kurioje rodoma anglies dioksido dinamika ir dabartinė koncentracija Žemės atmosferoje. Taip, koncentracija nėra tokia maža. Iš tiesų, kai anglies dioksidas susikaupia apie 2–4%, žmogus praranda darbingumą, jaučia mieguistumą ir silpnumą. O esant maždaug 10% koncentracijai, pradeda jaustis uždusimas.
Šiek tiek nukrypome nuo temos, bet išvada tokia: nereikėtų painioti dviejų skirtingų dujų, kaip ir jų pasekmių, tačiau tikrai verta stebėti jų buvimą patalpų atmosferoje.
Elektrocheminių jutiklių projektavimas
Labiausiai paplitęs MQ jutiklių tipas. Ir jis yra plačiai paplitęs vien dėl mažos kainos. Atlikau nedidelį tyrimą, kad galėčiau suprasti elektrocheminių jutiklių problemą šiek tiek labiau nei dauguma „pasidaryk pats“ entuziastų.
Elektrocheminis jutiklis yra sukurtas remiantis tam tikro elemento varžos keitimo principu, kai jis sąveikauja su kitu elementu. Kitaip tariant, tarp šių dviejų elementų vyksta cheminė reakcija, dėl kurios pasikeičia substrato atsparumas. Atrodo, kad viskas paprasta. Tačiau norint, kad reakcija vyktų normaliai, o jutiklis nebūtų vienkartinis, jautrioji jutiklio dalis turi būti šildoma.
Taigi elektrocheminį jutiklį sudaro tam tikras substratas su jautria medžiaga, substrato šildytuvas ir patys išėjimo kontaktai. Ant jutiklio viršaus ištemptas metalinis tinklelis, tačiau substratas pastebimai įkaista, o aplink jutiklį gali būti įvairiausių degių dujų, tokių kaip CO. Tam reikalingas tinklelis. Saugumas pirmiausia. Beje, tam tikras Humphrey Davy XIX amžiaus pradžioje sugalvojo ištempti tinklelį virš pavojingų elementų, kai jis buvo naudojamas sprogioje aplinkoje kalnakasiams.
Tinkle galite suskaičiuoti keletą dešimčių plokščių su elektrocheminiais MQ serijos jutikliais gamintojų. Bet visi jutikliai (ne plokštės) turi tą patį gamintoją – Kinijos įmonę HANWEI. Įmonė gamina platų asortimentą įvairių prietaisų, skirtų aptikti dujas ir viską, kas su jomis susiję. Tačiau gaminių asortimente nėra MQ serijos jutiklių, gali būti, kad produktai yra per maži, kad juos būtų galima paskelbti svetainėje.
Iš prigimties būdamas smalsus žmogus, įsigilinau į HANWEI specifikacijas ir visus turimus MQ serijos jutiklius, substrato medžiagą ir aptikimo tipą sujungiau į vieną lentelę.
|
Jutiklis |
Dujos |
Substratas |
| MQ-2 | LPG | SnO2 |
| MQ-3 | Alkoholis | SnO2 |
| MQ-4 | CH 4 | SnO2 |
| MQ-5 | LPG, gamtinės dujos | SnO2 |
| MQ-6 | LPG, propanas | SnO2 |
| MQ-7 | CO | SnO2 |
| MQ-9 | CH4, LPG | SnO2 |
| MQ-131 | O 3 | SnO2 |
| MQ-135 | Oro kokybė | SnO2 |
| MQ-136 | Oro kokybė | SnO2 |
| MQ-137 | Oro kokybė | SnO2 |
| MQ-138 | Daugiafunkcis | SnO2 |
| MQ-303A | Alkoholis | ??? |
| MQ-306 | LPG, SGD | ??? |
Išskyrus 300 serijos MQ jutiklius, jie visi naudoja tą pačią pagrindo medžiagą. Būtent tam substratui, kuris lemia dujų koncentraciją atmosferoje, būtent substratui, kuris keičia savo atsparumą. Visi jutikliai naudoja tą patį. 300 serijoje informacija apie jautrią medžiagą yra šiek tiek praleidžiama.
Nepaisant vienodos konstrukcijos ir naudojamo jutimo elemento, negalima teigti, kad visi gamintojo jutikliai yra vienodi. Jie skiriasi forma ir parametrais, tokiais kaip, pavyzdžiui, šildytuvo maitinimo įtampa. Tokių jutiklių rodmenis galite paimti naudodami omometrą, išmatuodami varžą, kuri kinta priklausomai nuo matuojamų dujų koncentracijos. Arba pridedant apkrovos rezistorių įtampai matuoti (kaip pridėti rezistorių, nurodyta tiesiogiai jutiklių specifikacijose).
Atkreipkite dėmesį, kad visi jutikliai turi tam tikrą ir labai trumpą tarnavimo laiką, kuris yra apie 5 metus. Be to, 5 metai yra ne tik pats darbas, bet ir sandėliavimas. O jei jūsų jutiklis laikomas be tinkamos pakuotės, jo galiojimo laikas dar trumpesnis. Faktas yra tas, kad jautrus cheminis elementas be šildymo bus prisotintas anglies, kuri palaipsniui visa tai sunaikins. Būtent dėl šios priežasties naujus jutiklius rekomenduojama „kalcinuoti“, palaikant juos darbinėje būsenoje dieną, o dar geriau – dvi. Į alavo (IV) oksidą spėjusi suvalgyti anglis „perdegs“ ir jutiklis galės tiksliau nustatyti rodmenis.
Atidžiau pažvelgę į išmatuojamų dujų sąrašą ar jutiklių paskirtį, pamatysite, kad visos jos vienaip ar kitaip yra susijusios su anglimi (metanas, gamtinės dujos, propanas, anglies monoksidas, suskystintos dujos, alkoholis, ir netgi oro kokybės jutikliai matuoja anglies buvimą junginiuose ore). Ir tik ozono jutiklis (MQ-131) išsiskiria, nors ir naudoja tą patį jutiklį su SnO 2. Faktas yra tas, kad visi MQ serijos jutikliai yra skirti veikti atmosferoje, kurioje yra stabilus deguonies lygis. Specifikacijose nurodyta, kad deguonies kiekis turėtų būti 21%, o tai yra tam tikra vidutinė norma. Ir jei deguonies yra mažiau ar daugiau, rodmenys svyruos iki visiško jutiklio nesugebėjimo pateikti suprantamų rezultatų, kai deguonies kiekis yra 2% ar mažesnis. Žinoma, tokiu atveju anglis ant pagrindo visiškai neišdegs, nėra pakankamai oksidatoriaus. Matyt, šiuo efektu pagrįstas ozono matavimas elektrocheminiu jutikliu.
Tačiau MQ serijos jutiklių tikslumas priklauso ne tik nuo deguonies. Rodmenys labai skiriasi priklausomai nuo oro drėgmės ir temperatūros. Skaičiavimo skaičiai pateikiami esant 65% drėgmei ir 20 laipsnių Celsijaus temperatūrai. O jei drėgmė viršija 95%, jutiklis nebepateiks tinkamų rodmenų. Gaila, kad specifikacijoje nenurodyta kokia drėgmė naudojama: santykinė ar absoliuti. Intuicija rodo, kad viskas yra reliatyvu.
Be aplinkos rodiklių, MQ daviklių rodmenų tikslumas nėra prastesnis už kitus parametrus ir tam įtakos turi ir pačių jutiklių tarnavimo laikas. Laikui bėgant, jų parodymai pasislenka. Jautrus sluoksnis „užsikimšiamas“ matavimo produktais, keičiasi šildytuvo charakteristikos ir varža prie pamatinių verčių. Neaišku, kokia kryptimi jis keičiasi, tačiau gamintojas rekomenduoja pirmiausia sukalibruoti jutiklį įsigijus ir pradinį „atkaitinimą“, o po to reguliariai perkalibruoti per visą jutiklio tarnavimo laiką. Ir vienintelis normalus kalibravimo būdas yra lyginti jutiklio rodmenų rezultatus su jau sukalibruotu įrenginiu. Aišku, kad tokio įrenginio neturi nei privatus galutinis vartotojas (o profesionalai naudos kiek kitokius, brangesnius jutiklius), nei daugelis plokščių gamintojų. Kai kurie gamintojai sąžiningai tai nurodo savo svetainėje:
„Taigi, kaip galiu sužinoti, kokia konkrečių dujų koncentracija yra naudojant MQ jutiklį? - paklaus nekantrus skaitytojas? Kadangi dažniausiai vartotojas naudoja įtampos matuoklį, tačiau su varža viskas panašiai, tik vienu žingsniu mažiau, tai vartotojui kyla poreikis kaip Arduino DAC voltus ar kvantus paversti trokštamomis ppm ar bent procentais. Šią operaciją galima atlikti tik naudojant neaiškius grafikus iš jutiklio specifikacijos.
Žvelgdami į grafiką iš specifikacijos, galite pamatyti, kad, pirma, ji turi bent vieną logaritminę sritį. Ir, antra, be pagrindinių dujų, jutiklis lengvai aptinka visas kitas panašias dujas (turinčias anglies). Grafiko supratimas ir supratimas, kuris ppm atitinka kurį jutiklio pasipriešinimą, yra samurajų praktikavimo užduotis, nes tiesi linija, kertanti kelias skirtingas logaritmines zonas, tikrai nebus tiesi.
Šiuo klausimu norėčiau padaryti tarpinę išvadą. Taigi, MQ serijos jutiklių privalumai apima jų itin ir kategoriškai prieinamą kainą. Tačiau yra ir daugiau trūkumų:
- Praktiškai identiški jutikliai, naudojantys tą patį jutimo elementą ir besiskiriantys apkarpymo rezistorių naudota verte.
- Matavimo rezultatų priklausomybė nuo daugelio veiksnių: temperatūros, drėgmės, deguonies koncentracijos.
- Deklaruoto išmatuotų dujų selektyvumo trūkumas reaguoja į viską su anglimi (ir, galbūt, į kitus elementus, kurie reaguoja su substratu).
- Didelis energijos suvartojimas (šildytuvas).
- Pirminio jutiklio „atkaitinimo“ poreikis.
- Rodmenų nestabilumas laikui bėgant.
- Pirminio ir pakartotinio kalibravimo poreikis.
- Praktiškai neįmanoma gauti reikšmingų verčių ppm arba % pavidalu.
Skaitmeninis ar analoginis?
Rinka išmano savo verslą ir jei yra produkto paklausa, tai ji bus patenkinta. Anksčiau ar vėliau, bet tai tikrai įvyks. O pasitelkus vikrus kinų bendražygius, paklausa anksčiau nei vėliau patenkinama. Taip atsirado labai daug gamintojų iš Kinijos, gaminančių jau paruoštas plokštes su elektrocheminiais MQ serijos jutikliais. Pažiūrėkime atidžiau, kokios gali būti pristatymo galimybės.
Išvalykite jutiklį
Paprasčiausias ir pigiausias variantas. Pristatyme yra tik pats elektrocheminis jutiklis ir nieko daugiau. Jį reikia prijungti prie sistemos su įtampos matavimu (pavyzdžiui, prie Arduino analoginio prievado) per apkrovos rezistorių. Geriausia naudoti rezistorių, kurį galima reguliuoti kalibravimo metu. Rezistorių reikšmės nurodytos jutiklio specifikacijoje (duomenų lape).
Naudodami alternatyvų matavimo metodą, galite naudoti omometrą ir išmatuoti jutiklio išėjimų varžą, o tada perskaičiuoti ją į norimus rezultatus pagal tą pačią specifikaciją.
Čia vartotojas gauna ne tik patį jutiklį, bet ir ant plokštės sumontuotą jutiklį su įdiegtu rezistoriumi. Galite (ir turėtumėte) prijungti jį tiesiai prie įtampos matuoklio, be jokių tarpinių rezistorių. Šiuo atveju galimas tik įtampos matavimas, nes kartu su rezistoriumi visa grandinė veikia kaip įprastas įtampos daliklis.
Naudoti analoginį jutiklį ant plokštės patogu, nes gamintojas plokštėje jau sumontavo reikiamą rezistorių ir galbūt net atliko tam tikrą visos konstrukcijos kalibravimą. Kai kurie analoginiai jutikliai naudoja apipjaustymo rezistorių ir vartotojas gali laisvai juos kalibruoti, tačiau kai kurie neturi šios galimybės. Aišku, kad geriau imti versiją su galimybe koreguoti.
Skaitmeninis jutiklis
Atrodytų, jei jutiklis yra skaitmeninis, jis turėtų pateikti informaciją skaitmenine forma. Tačiau visi skaitmeniniai jutikliai su MQ jutikliais, su kuriais susidūriau, neturėjo šios galimybės. „Skaitmeninis“ jų pavadinime tiesiog reiškia, kad jutiklis turi skaitmeninę išvestį, kuri persijungia į HIGH režimą, kai viršijama matuojamų dujų koncentracija. O vartotojas pagrindinį reikšmių nuskaitymą atlieka tuo pačiu analoginiu būdu, kaip ir naudojant įprastą analoginį jutiklį.
Aišku, kad visi rezistoriai jau sulituoti ant skaitmeninių jutiklių plokščių. Ir geri jutikliai taip pat turi apipjaustymo rezistorius jutikliui derinti. Vienas naudojamas jutikliui konfigūruoti, o antrasis - skaitmeninės išvesties slenksčiui nustatyti. O geriausi dar turi kažkokį signalo stiprintuvą, kuris praverčia, kai jutiklis yra nutolęs nuo matavimo prietaiso ir kyla pavojus imti trukdžius ant ilgo kabelio.
Skaitmeninis jutiklis su skaitmenine magistrale
Galbūt tai yra labiausiai Hi End tarp panašių jutiklių. Prisijungimas ir duomenų perdavimas vyksta per skaitmeninę magistralę I 2 C. O prie vieno informacijos kaupimo įrenginio (pavyzdžiui, Arduino) galima prijungti net šimtą šių jutiklių. Tik reikia nepamiršti, kad jutikliai sunaudoja daug srovės ir ji turi būti tiekiama atskirai. Žinoma, derinimo rezistorius yra.
Sprendžiant iš jutiklio gamintojo siūlomo kodo pavyzdžio, pats jutiklis siunčia duomenis neapdorota forma ir programinėje įrangoje jie jau konvertuojami į ppm reikšmes. Apskritai jutiklis skiriasi nuo analoginės versijos tik tuo, kad yra skaitmeninė magistralė.
Mityba
Jau minėjau aukščiau, kad MQ jutiklinis šildytuvas veiktų, jis turi būti tiekiamas aukštos kokybės ir pakankamo tūrio. Pagal specifikaciją jutikliai sunaudoja apie 150 mA. Iš tikrųjų suvartojimas gali skirtis labai plačiame diapazone. Iš principo, 150 mA nėra tokia didelė srovė, kol jie nebando kirsti tokio suvartojimo įrenginio (ar kelių) su kažkuo, pavyzdžiui, Arduino. Prijungę nors vieną tokį jutiklį prie maitinimo bloko plokštėje, jau rizikuojate gauti neveikiantį įrenginį, kuriam neužteks įtampos normaliam darbui. Veikimo metu patys jutikliai įkaista nežymiai, bet iki keturiasdešimties laipsnių gali lengvai įkaisti. Jei palyginsime šią temperatūrą su 60-70 laipsnių ant stabilizatoriaus, kuris maitina šiuos jutiklius, tada jutiklių temperatūrą galima laikyti toleruotina.
Norint užtikrinti normalų šildytuvo ir dėl to paties jutiklio veikimą, šiems jutikliams reikia tiekti maitinimą atskirai. Pavyzdžiui, jutikliams maitinti naudokite nepriklausomą 1 arba 2 A ir 5 V maitinimo šaltinį (ne visi jutikliai naudoja 5 V). Arba naudokite specialią plokštę, kuri 9-12V įtampą konvertuoja į įtampą, reikalingą jutikliams maitinti.
Bet kokiu atveju turėsite padirbėti su reikiamos galios srovės šaltiniu. Nors gali būti, kad jutiklis yra prijungtas tiesiai prie plokštės (pvz., Arduino). Bet tokiu atveju prie jo nieko daugiau jungti nerekomenduojama.
Galimybė kalibruoti jutiklį ir konvertuoti rodmenis į ppm
Klajodamas internete, ieškodamas kalibravimo sprendimo ir gaudamas patikimus jutiklio rezultatus, aptikau labai įdomų tam tikro Davide'o Gironi įrašą, kuris susidūrė su lygiai tokia pačia problema kaip ir aš. Davide'as bandė išsiaiškinti, kaip gauti ppm rodmenis iš savo MQ-135 (oro kokybės) jutiklio.
Remiantis tinklaraštininkės atliktais tyrimais, kalibravimui pakanka turėti idėją apie kai kurių dujų koncentraciją atmosferoje ir pagal šiuos duomenis pabandyti pasirinkti rezistorių, kuris patektų į norimą sektorių. į tvarkaraštį. Davide naudojo jutiklį MQ-135, kuris skirtas oro kokybei nustatyti, tarp kurio stebimų dujų yra CO 2. O tinklaraštininkę labiausiai domino anglies dioksidas. Naudodamasis informacija iš co2now.org, jis sugebėjo apskaičiuoti reikiamą rezistoriaus vertę. Sutikite, kad metodas yra labai toli nuo idealo, bet vis tiek geriau nei nieko.
Tada, po kalibravimo, jis nubrėžė nedidelį kodą, kuris leido jam gauti reikiamą ppm pagal kalibravimo rezultatus. Kodo čia nepateiksiu; kiekvienas gali jį perskaityti pats, bet viskas susiveda į maždaug taip:
float ppm = ((10000.0 / 4096.0) * raw_adc) + 200;
Aukščiau pateiktas kodas, beje, yra iš MQ-4 jutiklio su I 2 C skaitmenine sąsaja pavyzdžio. Atkreipkite dėmesį, kad tai geriau nei nieko. Juk daugelis tiesiog nesugeba pasiekti tokios transformacijos ir yra ribojami tik tam tikromis ribinėmis vertėmis. Pavyzdžiui, esant 750 vertei (matavimo vieneto nėra, tai yra kvantas), turite įjungti raudoną šviesos diodą, 350–750 diapazone pakanka geltono šviesos diodo, o kai mažesnis nei 350, leiskite užsidega žalias šviesos diodas.
Alternatyvos?
Jei MQ jutikliai yra tokie blogi, ar yra kokia nors alternatyva naudoti namų projektuose? Tiesą sakant, yra. Net daug. Yra daugiau nei vienas ar du dujų koncentracijos matavimo metodai. Tik didelio tikslumo jutikliai kainuoja daug pinigų. Ir kartais iš tokios kainos atsiranda amfibiotropinė asfiksija. Kainų skirtumas gali siekti tūkstančius ir dešimtis tūkstančių kartų. Čia jūs negalite apie tai negalvoti.
Tačiau visai neseniai tų pačių darbščių bendražygių pastangomis rinkoje pasirodė infraraudonųjų spindulių detektoriai. Taip, jie dar netinka visoms dujoms, bet bent jau sugauna CO 2 be didelių energijos sąnaudų ir su dideliu selektyvumu. Tokiuose jutikliuose dujų koncentracijai nustatyti naudojamas nedispersinis infraraudonųjų spindulių metodas.
Jei reikia aptikti kitas dujas, bet naudojant nebrangius prietaisus, šiuo metu (2016 m. vasara) pasirinkimų nėra daug, jei atvirai pasakysiu, kad jų yra labai mažai. Alternatyva yra naudoti MQ seriją, nors turėsite tenkintis tik su vertės slenksčiais (apie ppm konvertavimo tikslumą jau kalbėjau aukščiau).
Daugelis iš karto paprieštaraus, sakydami, aš asmeniškai naudojau tokį jutiklį, ir jis veikia. Pavyzdžiui, eksperimentai, panašūs į „kvėpavimą jutikliu“, rankos laikymą aplink jį arba cigarečių dūmų debesies pūtimą. Taip, jutiklio rodmenys iš karto pasikeis, reikšmės kils aukštyn. Taip, jutiklis atspindės, kad jis įšilo, kad padidėjo drėgmė, kad atmosferoje yra daugiau anglies ir mažiau deguonies. Tačiau kiek daugiau, kiek tiriamų dujų dabar yra atmosferoje, o svarbiausia – kokių dujų? Nebeįmanoma atsakyti į šį klausimą naudojant MQ serijos jutiklius. Geriau įsigyti įprastą buitinę pavojingų dujų signalizaciją, pvz., CO. Už gana panašius pinigus gausite gamykloje pagamintą įrenginį su garsia signalizacija ir mažomis energijos sąnaudomis.
Dvyniai jutikliai
Ir pabaigai noriu apibendrinti. Man apmaudu, kad tokie nebrangūs jutikliai jokiu būdu negali būti naudojami jokiame daugiau ar mažiau rimtame projekte. Taip, galite praktikuoti programavimą ir jutiklių prijungimą, tačiau naudodami juos negalėsite gauti patikimų verčių, kurių ieškote. Ir jutiklių vertė labai greitai pasieks nulį.
Be to, aš asmeniškai esu įsitikinęs, kad visi MQ jutikliai nepasižymi pakankamu selektyvumo lygiu, jie skiriasi tik savo išorine konstrukcija ir rekomendacijomis dėl rezistorių pasirinkimo. Jutikliai reaguoja į bet ką, kuriame yra anglies, ir tuo stipriau reaguoja, kuo aktyvesnė yra junginio anglis ir tuo lengviau reaguoja su substratu. Netikiu, kad gamintojas prideda papildomų elementų į pagrindą, kad padidintų selektyvumą ir nieko nerašo specifikacijoje. Bet aš manau, kad vieną jutiklį galima paversti kitu naudojant skirtingus rezistorius ir žiūrint į varžos ir koncentracijos grafikus.
Bet viskas prasidėjo nuo to, kai prie vieno įrenginio prijungiau du jutiklius (MQ-4 ir MQ-7) ir pradėjau kelti jų darbo rezultatus į ThingSpeak. Vienas iš jutiklių turėtų išmatuoti toksiško CO lygį, o antrasis turėtų parodyti, kiek metano yra ore. Mane labai domino grafikai, kurie vienas kitą kartojosi daugiau nei beveik visiškai. Taip, vienas jutiklis davė rodmenis 100–150 vienetų, o antrasis - 350–400. Skirtingų jutiklių viršūnės ir plokščiakalniai sutapo laike, o sprogimai tik pabrėžė neišvengiamą modelį.
Sujungiau abiejų jutiklių rodmenis į vieną koreliacijos grafiką ir supratau, kad jie rodo tuos pačius rezultatus, nors ir skirtinguose diapazonuose. Ir pagalvojau – kam man reikia metano jutiklio, kuris reaguoja į viską? Pradedant nuo anglies monoksido ir baigiant alkoholiu. Kam man reikalingas CO jutiklis, kuris, be paties CO, dar labiau reaguoja į SND ir vandenilį? Teisingai – nereikia.
Atnaujinti. Prieš išmesdamas nereikalingus jutiklius į šiukšliadėžę, nusprendžiau porą jų išardyti ir pažiūrėti, kas jų viduje. Taigi:
MQ-4 jutiklio vidinės dalys
Kaip matote, jutiklis turi šešias kojeles. Iš dviejų iš jų per vamzdžio, pagaminto iš sidabrinės medžiagos, centrą praeina šildymo spiralė. Kitose keturiose kojose laikomi du ploni laidai, matyt, norint išanalizuoti besikeičiantį pasipriešinimą.
MQ-7 jutiklio vidinės dalys
Nepaisant skirtingos išvaizdos, MQ-7 vidinės dalys yra identiškos MQ-4. O įkaitintas pilkšvos spalvos bosas yra ne kas kita, kaip norimas alavo oksidas, kuris kaitinant ir esant anglies ar vandenilio (tos pačios dujos) dalinai redukuojasi, linkęs virsti metaliniu alavu ir atitinkamai keičia savo atsparumą. .
Vaikščiodama po Kinijos pardavėjų katalogus E-bay netyčia aptikau dujų jutiklį MQ-4. Šis jutiklis skirtas metano (CH4) koncentracijai ore nustatyti. O kadangi šios dujos yra pagrindinis buitinių dujų komponentas, turėti tokį jutiklį labai pravartu – galima surinkti dujų nuotėkio detektorių ar kažką panašaus. Apskritai tai įdomus dalykas, mane ypač džiugina 4,5 USD kaina ir analoginio ryšio sąsaja - su ryšiu nebus jokių problemų.
Norėdami prijungti jutiklį po pilvu, yra 6 kaiščiai, iš kurių 4 dubliuoja vienas kitą. Todėl prijungimui naudojami tik 4 kaiščiai:
N-N Tai yra šildytuvo laidai. Į jį tiekiama 5 voltų įtampa ir nesvarbu, ar ji pastovi, ar kintamoji.
A-A Ir B-B tai elektrodai. Signalą galima paimti iš bet kurio iš jų. Pavyzdžiui, toliau pateiktoje diagramoje maitinimas tiekiamas A-A, o signalas paimamas iš elektrodo B-B. Bet jūs galite padaryti ir priešingai – paduokite į B-B ir pašalinkite signalą iš A-A. Tai veiks abiem atvejais. Tokiu būdu jutiklis yra šiek tiek panašus į vakuuminį vamzdį
Rezistorius RL reguliuoja jutiklio jautrumą. Rekomenduojama statyti 10 tūkst. Jutiklio jautrumas, remiantis dokumentacija, svyruoja nuo 200 iki 10 000 ppm (kas tai?)
MQ-4 duomenų lape parodytas grafikas, rodantis, kad, be metano, jutiklis labai gerai reaguoja į propaną (SND), o kiek mažiau - į vandenilio dujas, anglies monoksidą ir alkoholio garus.
Apskritai, MQ-x jutiklių šeima apima jutiklius, specialiai sukurtus šioms dujoms aptikti. Štai keletas iš jų:
MQ-3 - alkoholio garų jutiklis
MQ-5 ir MQ-6 - skirtas propanui aptikti/ butanas
MQ-7 - jautrus anglies monoksidui (IMHO, nusipelno ypatingo dėmesio)
MQ-8 - specializuojasi vandenilio H2
ir kt. Sąrašas gali būti papildytas dar pora jutiklių, visus juos lengva „Google“ paieškoti.
Norėdami prijungti jutiklį, surinkau paprastą grandinę su šviesos diodais. Keturi šviesos diodai, kurių kiekvienas užsidegs pasiekustam tikra ribadujų koncentracija. Rezultatas bus kažkas panašaus į dujų taršos skalę, nors ir be matmenų.
Jutiklis prijungtas prie ADC0 (PortC.0). Vidinė 2,54 volto etaloninė įtampa naudojama kaip ADC atskaitos įtampa. Todėl ant rezistorių R5-R6 surenkamas įtampos daliklis, kad ADC įvestį pasiektų ne daugiau kaip 2,5 volto. Rezistorius R7 yra papildomas patraukimas į žemę pagal schemą iš duomenų lapo, aš jį paėmiau 3,3 kiloomų - kas buvo po ranka.
Nubraižiau nedidelę programą ATmega8, laikrodžio dažnis 1 MHz
$regfile
= "m8def.dat"
$kristalas
=
1000000
$baud
=
1200
"ADC konfigūracija
konfig
adc = Vienišas, Prescaler = automatinis , nuoroda = Vidinis
"jungiantys šviesos diodai
konfig
Portb. 1 = Išvestis
konfig
Portb. 2 = Išvestis
konfig
Portb. 3 = Išvestis
konfig
Portb. 4 = Išvestis
Pritemdyti W KaipSveikasis skaičiusNorėdami išsaugoti iš ADC gautą vertę
Daryk
"paleidimas ir jutiklio rodmenų nuskaitymas
Pradėti Adc
W=
Getadc(0
)
Jutiklis prijungtas prie PortC.0
„priklausomai nuo rodmenų vertės, uždegsime indikacinius šviesos diodus
Jeigu
W<
700
Tada
Portb = &B00000000 „reikšmė mažesnė už atsako slenkstį, viskas ūžia
Galas
Jeigu
Jeigu
W>700 Ir W<
750
Tada„žemas dujų taršos lygis
Portb = &B00000010
Galas
Jeigu
Jeigu
W>750 Ir W<
800
Tada"vidutinis lygis
Portb = &B00000110
Galas
Jeigu
Jeigu
W> 850 Ir W<
900
Tada"šiek tiek mažiau nei visiškai sudujojęs
Portb = &B00001110
Galas
Jeigu
Jeigu
W> 900 Tada"apsauga!
Portb = &B00011110
Galas
Jeigu
Spausdinti W Nusiųskite rodmenis UART
Laukti 1
Kilpa
Galas
Jutiklio rodmenys bus nuskaitomi 1 kartą per sekundę. Ir priklausomai nuo rodmenų, tam tikras skaičius šviesos diodų užsidegs arba išvis neužsidega. Slenkstines vertes paėmiau atlikęs bandomąjį testą ir rodydamas rodmenis UART.
Bandymo grandinė, surinkta ant duonos lentos
Lituotas jutiklis
Bandymui paėmiau įprastą dujinį žiebtuvėlį, jame kaip kuras naudojamas propanas, kurį taip pat gerai fiksuoja jutiklis.
Įjungus maitinimą, jutikliui reikia laiko, kad įjungtų darbo režimą, maždaug 10–15 sekundžių. Šio laiko reikia, kad jutiklio viduje esantis šildytuvas padidintų temperatūrą iki reikiamos vertės. Beje, pats jutiklis veikiant taip pat gana šiek tiek įkaista, jaučiasi iki 50 laipsnių. Taigi nepanikuokite, tai yra norma :)
Dujų jutiklis MQ-2 leidžia fiksuoti dujų, tokių kaip vandenilis, dūmai ir degiosios angliavandenilio dujos (metanas, propanas, butanas), koncentraciją. Jutiklis priklauso plačiai paplitusiai MQ jutiklių šeimai. Ši jutiklių šeima išpopuliarėjo dėl mažos kainos ir lengvo naudojimo. Jutiklis turi analoginį ir skaitmeninį išėjimą. Viršijus tam tikrą dujų koncentracijos slenkstį, į skaitmeninį išvestį siunčiamas signalas, kurį reguliuoja apipjaustymo rezistorius. Jutiklį lengva prijungti, jis pasižymi dideliu jautrumu ir trumpu atsako laiku.
Jutiklis yra nedidelė plokštė, kurios priekinėje pusėje yra jautrus dujų analizatorius (detektorius), o galinėje pusėje yra 4 kojelės jutikliui prijungti, galios ir išėjimo signalų indikatoriai, taip pat potenciometras.
MQ-2 jutikliai naudojami išmaniųjų namų sistemose, dujų ar dūmų aptikimo sistemose pramoniniuose ar privačiuose objektuose, automobilių vėdinimo filtruose ir kt.
Charakteristikos
- Maitinimo įtampa: 5V;
- Srovės suvartojimas (šildytuvo srovė): 180mA;
- Jautrumo diapazonas 300-10000 ppm;
- Dujos, kurioms skirtas jutiklis: izobutanas, 1000 ppm;
- Reagavimo laikas: mažiau nei 10 s;
- Darbinė temperatūra: -10 iki +50 °C;
- Darbinis oro drėgnumas: ne daugiau kaip 95 % santykinis drėgnumas;
- Sąsaja: analoginė ir skaitmeninė;
Veikimo principas
Jutiklio veikimo principas pagrįstas jautriu detektoriumi, pagamintu iš aliuminio ir alavo oksidų mišinio, kuriame dėl kaitinimo vyksta cheminė reakcija. Štai kodėl dujų analizatorius darbo metu labai įkaista, todėl nesijaudinkite. Dėl cheminės reakcijos keičiasi elemento varža ir perduodamas signalas. Priklausomai nuo elemento jautrumo tam tikroms dujoms, pasiekiamas jų aptikimo efektas.
Dujų koncentracija matuojama ppm. Tai reiškia dalis milijonui. Taigi 1 ppm atitinka 0,0001 % koncentraciją. Norint gauti tikslią išmatuotos dujų koncentracijos ppm vertę, reikia atlikti sudėtingą netiesinę įtampos konvertavimą jutiklio analoginiame išėjime pagal konvertavimo lenteles iš jutiklio dokumentacijos, atsižvelgiant į aplinkos temperatūrą.
Naudodami potenciometrą galite pakeisti jutiklio skaitmeninės išvesties jautrumo slenkstį. Nepamirškite, kad skirtingų dujų jautrumo slenkstis nebus vienodas.
Ant jutiklio esantys indikatoriai praneša, kad maitinimas prijungtas ir viršytas skaitmeninės išvesties jautrumo slenkstis.
Ryšys
Jutiklį galite prijungti prie Arduino plokštės arba tiesiogiai prie relės modulio. Pirmuoju atveju naudojamas jutiklio analoginis išėjimas A0, kuris jungiamas prie Arduino plokštės analoginio įėjimo. Relės atveju naudojama skaitmeninė jutiklio išvestis.
Dėmesio. Nemaitinkite davikliui didesne nei 5 V maitinimo įtampa, saugokite, kad į dujų analizatorių nepatektų drėgmė ir šarmai, o esant labai žemai temperatūrai, jutiklis nenušaltų.
Sujungimo schema parodyta paveikslėlyje žemiau:
Programos kodas, skirtas Arduino IDE
Žemiau pateikiamas Arduino jutiklio funkcionalumo tikrinimo šaltinio kodo pavyzdys. Kodas prievado monitoriui rodo esamą analoginio įvesties ADC vertę ir informaciją apie slenkstinės vertės viršijimą. Kodo eilutėje #define smokePin A0 galite nurodyti Arduino kaiščio, prie kurio prijungtas jutiklio analoginis išėjimas, numerį. Dujų koncentracijos ore slenkstinę vertę galite nustatyti patys.
#define smokePin A0 // apibrėžkite analoginį išėjimą, prie kurio prijungtas jutiklis
int sensorThres = 400; // ADC slenkstinė vertė, kuriai esant manome, kad yra dujų
Tuščia sąranka() (
Serial.begin(9600); // Nustatykite prievado greitį į 9600 bodų
}
Tuščia kilpa() (
int analogSensor = analogRead(smokePin); // skaitykite ADC reikšmes iš analoginio įvesties
// prie kurio prijungtas jutiklis
Serial.print(analogSensor); // iš jutiklio į prievadą išveda ADC signalo reikšmę
// Patikrinkite, ar pasiektas slenkstis
if (analogSensor > sensorThres) ( // jei reikšmė didesnė nei priimtina...
Serial.println("Gaz!"); // išveda į prievadą užrašą, kad yra dujų
}
kitaip ( // kitaip...
Serial.println("normalus"); // išveda į prievadą užrašą, kad nėra dujų
}
delsimas (500); // 500 milisekundžių delsa.
- Dujų jutiklis MQ-2: http://ali.ski/6JRA_
- Arduino uno: http://ali.ski/gC_mOa
- Kūrimo lenta: http://ali.ski/rq8wz8
- Kontaktiniai laidai: http://ali.ski/Exjr3
- Diodai ir rezistoriai: http://fas.st/KK7DwjyF
Šioje pamokoje mes prijungsime dujų jutiklį prie Arduino. Jo pagalba galime stebėti anglies dvideginio kiekį patalpoje.
Pati jutiklio plokštė susideda iš paties 6 kontaktų jutiklio, kuris tiksliems rodmenims turi kurį laiką veikti ir įkaisti iki reikiamos temperatūros. Potenciometras jutiklio jautrumui keisti. Na, 4 kontaktai, iš kurių 2 yra +, - ir du kontaktai, vienas Analoginis, kitas skaitmeninis. Todėl turite prisijungti prie analoginio Arduino kaiščio arba prie skaitmeninio kaiščio.
Norėdami įgyvendinti šį pavyzdį, paimsime MQ-2 jutiklį. Apskritai yra daug MQ serijos jutiklių, yra anglies dioksido jutikliai, anglies monoksido jutikliai ir alkoholio garų bei oro grynumo jutiklis. Jutiklį galite pasirinkti pagal savo poreikius be jokių problemų, tačiau kadangi mes ieškosime anglies dvideginio, mums reikia MQ-2 jutiklio.
Jutiklį prijungsime prie Arduino analoginio kaiščio A0. Atitinkamai, iš MQ-2 jutiklio paimsime analoginį kaištį, o ne skaitmeninį.
Teisingai sujungus pagal schemą, reikia nukopijuoti žemiau pateiktą programos kodą ir įkelti jį į Arduino.
Const int analogInPin = A0; // Nurodykite kaištį, prie kurio prijungtas jutiklis const int ledPin = 13; int sensorValue = 0; // Paskelbkite kintamąjį, kad išsaugotumėte reikšmes iš jutiklio // ir nustatykite jo pradinę reikšmę į 0 void setup() ( Serial.begin(9600); pinMode(ledPin, OUTPUT); // Nustatykite 13 kaiščio Serial režimą .println("MQ2 Test "); //Siųsti tekstą į prievado monitorių, kad galėtumėte stebėti programos vykdymą) void loop() ( sensorValue = analogRead(analogInPin); //skaitykite reikšmes iš jutiklio if (sensorValue > = 350) //ir jei nurodyta riba viršijama ( digitalWrite(ledPin, HIGH); // tada įjunkite LED. ) else // o jei ne ( digitalWrite(ledPin, LOW); // tada išjunkite ) Serial .print("MQ2 value= "); // Norėdami stebėti jutiklio duomenis, verčiame juos į prievado monitorių Serial.println(sensorValue); delay(1000); )
Įkėlę programos kodą, galite kvėpuoti ant jutiklio arba išleisti dujas iš žiebtuvėlio - nuosekliojo prievado monitoriaus lange matysite atitinkamas reikšmes, gautas iš jutiklio.
Daugiau informacijos galite žiūrėti žemiau esančiame vaizdo įraše.
Vaizdo įrašas:
Geba nustatyti koncentraciją platus dujų asortimentas ore (gamtinės dujos, anglies dioksidas ir anglies monoksidas, angliavandeniliai, dūmai, alkoholio ir benzino garai).
- Analoginis modulio išėjimas „S“ (Signalas) – jungiamas prie bet kurio analoginio Arduino įvesties ir skirtas rodmenims imti iš modulio.
- Skaitmeninis modulio įėjimas „EN“ (Įjungti) – jungiamas prie bet kurio Arduino išėjimo ir skirtas modulio darbo režimams valdyti („1“ – aktyvus režimas, „0“ – energijos taupymo režimas).
- Jei „EN“ įvestis paliekama neprijungta, modulis veiks aktyviu režimu tol, kol bus maitinimo.
Priklausomai nuo situacijos, modulį patogu prijungti 3 būdais:
1 metodas: Naudojant laidinį kabelį ir Piranha UNO
Naudodami laidus „Tėvas - Motina“, jungiamės tiesiai prie Piranha UNO valdiklio.
2 metodas: „Trema Set Shield“ naudojimas
Modulis gali būti prijungtas prie bet kurio iš Trema Set Shield analoginių įėjimų.
3 būdas: laidinio kabelio ir ekrano naudojimas
3 laidų kabelio naudojimas prie Trema Shield, Trema-Power Shield, Motor Shield, Trema Shield NANO ir kt.
Mityba:
Įvesties maitinimo įtampa yra 5 V DC, tiekiama į „V“ (Vcc) ir „G“ (GND) modulio gnybtus.
Daugiau informacijos apie modulį:
Įtampos lygis analoginiame išėjime „S“ (Signalas) yra tiesiogiai proporcingas aptiktų dujų koncentracijai. Skaitmeninio įvesties „EN“ (įjungti) naudoti negalima – tada modulis veiks nuolat.
Jei „EN“ modulio įvestį prijungiate prie bet kurio Arduino išėjimo, modulis gali būti valdomas: loginis „1“ prijungs jutiklio kaitinimo elementą prie maitinimo magistralės ir modulis fiksuos dujų koncentracijas, loginis „0“ išjungs kaitinimo elementas ir modulis pereis į energijos taupymo režimą.
