MQ-7 сенсорун колдонуп Arduino CO Monitor: 8 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

Бул көрсөтмө эмне үчүн жаратылганына бир нече сөз: бир күнү менин сүйлөшкөн кызымдын апасы түн ортосунда чалды, анткени ал чындап ооруп калды - башы айланып, тахикардия, жүрөк айлануу, кан басымы жогорулады, атүгүл белгисиз убакытка чейин эси ооп жыгылды (балким ~ 5 мүнөт, бирок айтууга эч кандай мүмкүнчүлүк жок), бардыгы эч кандай себепсиз. Ал ооруканалардан алыс жайгашкан кичинекей айылда жашайт (биздин жерден 60 км, эң жакын ооруканага 30 км, ортосунда эч кандай кадимки жол жок 10 км), ошондуктан биз ага чуркап барып, тез жардамдан көп өтпөй ошол жерге бардык. Ал ооруканага жаткырылган жана эртең менен өзүн дээрлик жакшы сезген, бирок дарыгерлер анын себебин таба алышкан эмес. Эртеси күнү бизде бир идея пайда болду: бул газдан суу казаны болгондуктан, CO менен уулануу болушу мүмкүн (сүрөттө) жана ал болгондо кечке жакын отурган. Биз жакында MQ-7 CO сенсорун сатып алганбыз. бирок ал үчүн схемаларды чогултууга эч качан убакыт болгон эмес, ошондуктан бул үчүн эң сонун убакыт болгон. Бир сааттан кийин интернеттен кандайдыр бир көрсөтмөлөрдү издеп жүрүп, мен бир эле учурда анын маалымат барагында берилген сенсор өндүрүүчүнүн көрсөтмөлөрүн аткарган жана таптакыр эч нерсени түшүндүргөн эч кандай көрсөтмө таба албастыгымды түшүндүм (бир мисал абдан жакшы кодго ээ окшойт, бирок ал аны кантип колдонуу керектиги түшүнүксүз болчу, башкалары ашыкча жөнөкөйлөштүрүлгөн жана жакшы иштебейт). Ошентип, биз 12 саатка жакын схемаларды иштеп чыгууга, 3d корпусун жасоого жана басып чыгарууга, сенсорду текшерүүгө жана калибрлөөгө жумшадык, жана эртеси шектүү казанга жөнөдүк. Көрсө, ал жерде СО деңгээли өтө жогору болчу жана эгерде СО таасири узак болсо, өлүмгө алып келиши мүмкүн. Ошентип, мен ушундай кырдаалга ээ болгон ар бир адам (газ казаны же жашоо ичиндеги башка күйүү сыяктуу) жаман нерсенин алдын алуу үчүн ушундай сенсорго ээ болушу керек деп ишенем.

Мунун баары эки жума мурун болгон, ошондон бери мен схемаларды жана программаны бир топ жакшырттым, эми ал абдан жакшы жана салыштырмалуу жөнөкөй көрүнөт (коддун 3-саптары жөнөкөй эмес, бирок дагы деле). Мен так CO ченегич менен кимдир бирөө мага эскизге койгон демейки калибрлөө боюнча бир нече пикир берет деп үмүттөнөм да, - бул жакшы эмес деп ойлойм. Бул жерде кээ бир эксперименталдык маалыматтар менен толук жетекчилик.

1 -кадам: Билл материалдар

Сизге керек болот: 0. Arduino тактасы. Мен Кытайдын Arduino Nano клонун 3 долларлык баасына артык көрөм, бирок бул жерде 8-бит ардуино иштейт. Sketch кээ бир өнүккөн таймерлерди колдонот жана atmega328 микроконтроллеринде гана сыналган - балким ал башкаларда да жакшы иштейт. MQ-7 CO сенсору. Көбүнчө бул Flying Fish сенсор модулу менен жеткиликтүү, кийинки кадамда кичине өзгөртүү, деталдар аркылуу өтүшү керек, же сиз бөлөк MQ-7sensor колдоно аласыз.

2. NPN биполярдык транзистор. Иш жүзүндө 300 мА же андан көп иштей турган NPN транзистору иштейт. PNP транзистору аталган Flying Fish модулу менен иштебейт (анткени ал сенсордун чыгуусуна ширетилген жылыткыч пини бар), бирок аны дискреттүү MQ-7 сенсору менен колдонсо болот.

3. Резисторлор: 2 x 1k (0,5ктан 1,2к чейин жакшы иштейт), жана 1х 10к (бул так сакталып турушу керек - эгерде сиз такыр башка маанини колдонушуңуз керек болсо, ошого жараша эскиздеги reference_resistor_kOhm өзгөрмөсүн тууралаңыз).

4. Конденсаторлор: 2 x 10uF же андан көп. Тантал же керамикалык нерселер талап кылынат, электролит жогорку ESRден улам жакшы иштебейт (алар жогорку токтун толкундарын тегиздөө үчүн жетиштүү токту бере алышпайт). Жашыл жана кызыл LEDлар учурдагы CO деңгээлин көрсөтүү үчүн (биз сары кутучабыздын прототипинде колдонулгандай, 3 терминалы бар бир түстүү LEDди колдоно аласыз).6. Piezo ызылдагы CO жогорку деңгээлин билдирет.7. Нан тактасы жана зымдар (ошондой эле бардыгын нано казыктарына туташтырсаңыз болот же Uno розеткаларына кысып койсоңуз болот, бирок бул жол менен ката кетирүү оңой).

2 -кадам: Модулду өзгөртүү же дискреттик сенсор зымдары

Фотодо көрсөтүлгөндөй, модуль үчүн резистор менен конденсаторду ажыратыш керек. Кааласаңыз, негизинен бардыгын тазалай аласыз - модулдун электроникасы таптакыр жараксыз, биз аны сенсордун кармагычы катары гана колдонобуз, бирок бул эки компонент туура окууңузга тоскоол болот, Эгерде сиз дискреттүү сенсорду колдонуп жатсаңыз, 5В жана транзистордун коллекторуна тийиштүү түрдө жылыткыч казыктарын (H1 жана H2) тиркеңиз. Схемада модулдун аналогдук пини сыяктуу эле, бир сезгич тарапты (А пиндин каалаганын) 5Вга, экинчи сезүүчү тарабын (В казыктарынын каалаганын) 10k каршылыкка тиркеңиз.

3 -кадам: Иштөө принциби

Эмне үчүн биз бардык ушул татаалдыктарга муктажбыз, эмне үчүн 5V, жерди тиркеп, жөн эле окуу үчүн эмес? Ооба, бул жол менен пайдалуу эч нерсе ала албайсыз, тилекке каршы. MQ-7 маалымат барагына ылайык, сенсор жогорку туура өлчөөлөрдү алуу үчүн жана аз жылытуу циклдери. Төмөн температура фазасында, CO табакка сиңип, маанилүү маалыматтарды берет. Жогорку температура фазасында, сорулган СО жана башка кошулмалар сенсордук пластинадан бууланып, кийинки өлчөө үчүн тазаланышат.

Ошентип, жалпы операция жөнөкөй:

1. 60 секундга 5В колдонуңуз, бул көрсөткүчтөрдү CO өлчөө үчүн колдонбоңуз.

2. 90 секунд 1.4V колдонуу, CO өлчөө үчүн бул көрсөткүчтөрдү колдонуу.

3. 1 -кадамга өтүңүз.

Бирок бул жерде көйгөй бар: Arduino бул сенсорду казыктарынан иштетүү үчүн жетиштүү кубаттуулукту бере албайт - сенсордун жылыткычына 150 мА талап кылынат, ал эми Arduino пин 40 мА ашпасын камсыздай алат, андыктан түздөн -түз тиркелсе, Arduino пин күйүп кетет жана сенсор дагы утуп чыгат иштебейт. Ошентип, биз чоң чыгымдын агымын көзөмөлдөө үчүн кичине киргизүү агымын талап кылган учурдагы күчөткүчтү колдонушубуз керек. Аналогдук компоненттерди киргизбестен, бул бааны ишенимдүү алуунун бирден -бир жолу - бул PWM (Pulse Width Modulation) ыкмасын колдонуу, ал чыңалуу чыңалуусун көзөмөлдөйт.

NPN транзистору эки көйгөйдү тең чечет: ал дайыма күйүп турганда, сенсордун чыңалуусу 5В жана ал жогорку температура фазасына жылытылат. Биз PWMди анын киришине колдонгондо, ток пульсирленет, андан кийин аны конденсатор тегиздейт жана орточо чыңалуу туруктуу бойдон калат. Эгерде биз жогорку жыштыктагы PWM (эскизде 62,5КГц жыштыгына ээ) жана аналогдук көрсөткүчтөрдүн орточо санын колдонсок (эскизде орточо ~ 1000ден ашык окуулар), анда натыйжа ишенимдүү болот.

Схемаларга ылайык конденсаторлорду кошуу өтө маанилүү. Бул жердеги сүрөттөр C2 конденсатору менен жана ансыз сигналдын айырмасын көрсөтөт: ансыз PWM толкуну ачык көрүнүп турат жана ал окуусун олуттуу бурмалайт.

4 -кадам: Схемалар жана нан тактасы

Бул жерде схемалар жана нан чогултуу.

ЭСКЕРТҮҮ! Стандарттык үзүлүү модулун өзгөртүү талап кылынат! Өзгөртүүсүз модуль пайдасыз. Өзгөртүү экинчи кадамда сүрөттөлөт

Жарык диоддор үчүн D9 жана D10 төөнөгүчтөрүн колдонуу маанилүү, анткени бизде Timer1 аппараттык жабдуулары бар, бул алардын түстөрүн жылмакай өзгөртүүгө мүмкүндүк берет. D5 жана D6 төөнөгүчтөрү ызылдатуу үчүн колдонулат, анткени D5 жана D6 аппараттык Timer0 чыгышы. Биз аларды бири -бирине тескери кылып конфигурациялайбыз, андыктан алар (5V, 0V) жана (0V, 5V) абалдарга которулушат, ошентип ызылдагы үн чыгарышат. Эскертүү: бул Arduino убактысынын негизги үзгүлтүгүнө таасир этет, андыктан бардык убакытка көз каранды функциялар (миллис () сыяктуу) бул эскизде туура жыйынтыктарды бербейт (бул тууралуу кийинчерээк). Pin D3 ага туташкан Timer2 чыгышы бар D11 - бирок D3кө караганда D11ге зым салуу анча ыңгайлуу эмес) - ошондуктан биз аны чыңалууну башкаруучу транзисторлор үчүн PWM менен камсыз кылуу үчүн колдонуп жатабыз. Бул 300дөн 3000 Омго чейин болушу мүмкүн, 1k жарыктыгы/энергияны керектөөдө оптималдуу. Резистор R2 транзистордун базалык токун чектөө үчүн колдонулат. Ал 300 Омдон төмөн болбошу керек (Arduino пинин ашыкча жүктөбөө үчүн) жана 1500 Омдон жогору болбошу керек. 1k коопсуз тандоо бар.

Резистор R3 чыңалуу бөлүштүргүчтү түзүү үчүн сенсордук табак менен катар колдонулат. Сенсордун чыгышындагы чыңалуу R3 / (R3 + Rs) * 5Vге барабар, мында Rs учурдагы сенсордун каршылыгы. Сенсордун каршылыгы CO концентрациясына жараша болот, ошондуктан чыңалуу ошого жараша өзгөрөт. C1 конденсатору MQ -7 сенсорунун PWM чыңалуусун текшилөө үчүн колдонулат, анын сыйымдуулугу канчалык жакшы болсо, ошону менен бирге төмөн ESRге ээ болушу керек - керамикалык (же танталдык) Бул жерде конденсаторго артыкчылык берилет, электролит жакшы иштебейт.

Конденсатор C2 сенсордун аналогдук чыгарылышын текшилөө үчүн колдонулат (чыгаруу чыңалуусу киргизүү чыңалуусуна көз каранды - жана бизде бул жерде абдан чоң PWM бар, бул бардык схемаларга таасир этет, андыктан бизге C2 керек). Эң жөнөкөй чечим - C1. NPN транзистору сыяктуу эле конденсаторду колдонуу же сенсордун жылыткычында жогорку токту камсыз кылуу үчүн дайыма ток өткөрөт, же PWM режиминде иштейт, ошону менен жылытуу тогун азайтууда.

5 -кадам: Arduino программасы

ЭСКЕРТҮҮ: СЕНСОР КАНДАЙ ПРАКТИКАЛЫК КОЛДОНУУ ҮЧҮН КОЛДУК КАЛИБРИЦИЯНЫ талап кылат. КАЛИБРАЦИЯСЫЗ, ӨЗГӨЧӨ СЕНСОРУҢУЗДУН ПАРАМЕТРЛЕРИНЕ КӨЗ КАРАН, БУЛ ЭСКИЗ АЛАРМДЫ ТАЗА АБАДА КҮЙТҮРӨТ ЖАНА ЛЕТАЛДЫК Көмүртек моноксиди концентрациясын аныктабайт

Калибрлөө төмөнкү кадамдарда сүрөттөлөт. Орой калибрлөө өтө жөнөкөй, тактык абдан татаал.

Жалпы деңгээлде программа өтө жөнөкөй:

Биринчиден, биз PWMди сенсор талап кылган туруктуу 1.4V өндүрүү үчүн калибрлеп алабыз (PWMдин туура туурасы так резистордун маанилери, бул өзгөчө сенсордун каршылыгы, транзистордун VA ийри ж.б сыяктуу көптөгөн параметрлерге көз каранды - андыктан эң жакшы ыкма - ар кандай баалуулуктарды сынап көрүү жана эң ылайыктуусун колдонуңуз). Андан кийин, биз 60 секунда жылытуу жана 90 секунда өлчөө циклинде үзгүлтүксүз иштейбиз, аны ишке ашыруу бир аз татаалдашат. Биз аппараттык таймерлерди колдонушубуз керек, анткени бизде бар нерсенин баары туура иштеши үчүн жогорку жыштыктагы туруктуу PWMге муктаж. Бул жерде код тиркелген жана биздин гитубтан, ошондой эле Fritzingдеги схемалардын булагынан көчүрүп алса болот. Таймерлерди иштетүүчү 3 функция: setTimer0PWM, setTimer1PWM, setTimer2PWM. Алардын ар бири PWM режиминде таймерди белгиленген параметрлер менен коёт (коддо комментарийленген) жана импульстун туурасын киргизүү маанилерине ылайык белгилейт. ичиндеги бардык нерсени чечүү. жана 5V менен 1.4V жылытуу үчүн тийиштүү таймердин маанилерин коюңуз. LED абалы, анын кириши боюнча жашыл жана кызыл жарыктыкты кабыл алган setLEDs функциясы тарабынан коюлат (сызыктуу 1-100 масштабында) жана аны тиешелүү таймер жөндөөсүнө айландырат.

Buzzer абалы buzz_on, buzz_off, buzz_beep функциялары аркылуу башкарылат. Күйгүзүү/өчүрүү функциялары үндү күйгүзүп жана өчүрөт, бип функциясы мезгил -мезгили менен чакырылса, 1,5 секунддук белгилүү бир сигнал берүү ырааттуулугун чыгарат (бул функция дароо кайтып келет, андыктан ал негизги программаны токтотпойт - бирок аны кайра -кайра чалууга туура келет сигнал берүү үлгүсүн чыгаруу үчүн).

Программа биринчи жолу pwm_adjust функциясын иштетет, ал PWM циклинин туурасын таап, өлчөө фазасында 1.4Вга жетет. Андан кийин сенсор даяр экенин көрсөтүү үчүн бир нече жолу сигнал берет, өлчөө фазасына өтөт жана негизги циклди баштайт.

Негизги циклде программа учурдагы фазада жетиштүү убакыт өткөргөнүбүздү текшерет (өлчөө фазасы үчүн 90 секунд, жылытуу фазасы үчүн 60 секунд), эгер болсо, анда учурдагы фазаны өзгөртөт. Ошондой эле ал экспоненциалдуу тегиздөө аркылуу сенсордун окуусун дайыма жаңыртып турат: new_value = 0.999*old_value + 0.001*new_reading. Мындай параметрлер жана өлчөө цикли менен, ал болжол менен акыркы 300 миллисекундтан ашык сигналды берет. КАЛИБРИЦИЯСЫЗ, ӨЗГӨЧӨ СЕНСОРУҢУЗДУН ПАРАМЕТРЛЕРИНЕ КӨЗ КАРАН, БУЛ ЭСКИЗ АЛАРМДЫ ТАЗА АБАДА КҮЙТҮРӨТ ЖАНА ЛЕТАЛДЫК Көмүртек моноксидинин концентрациясын аныктабайт.

6 -кадам: Биринчи чуркоо: эмнени күтүү керек

Эгерде сиз бардыгын туура чогултсаңыз, эскизди иштеткенден кийин сериялык монитордо мындай нерсени көрөсүз:

PWM жөнгө салуу w = 0, V = 4.93

PWM w = 17, V = 3.57PWM жыйынтыгын тууралоо: туурасы 17, чыңалуу 3.57

жана андан кийин учурдагы сенсордун көрсөткүчтөрүн чагылдырган бир катар номерлер. Бул бөлүк сенсордун жылыткычынын чыңалуусун мүмкүн болушунча 1,4В жакын чыгаруу үчүн PWM туурасын тууралап жатат, ченелген чыңалуу 5Vдан алынат, ошондуктан биздин идеалдуу өлчөнгөн маанибиз 3.6V. Эгерде бул процесс эч качан бүтпөсө же бир кадамдан кийин бүтпөсө (натыйжада туурасы 0 же 254кө барабар) - анда бир нерсе туура эмес. Сиздин транзистор чын эле NPN экендигин жана туура туташкандыгын текшериңиз (базаны, коллекторду, эмитент казыктарын туура колдонгонуңузду текшериңиз - база D3ке, коллектор MQ -7ге жана эмитент жерге түшөт, Fritzing breadboard көрүнүшүнө ишенбеңиз - бул кээ бир транзисторлор үчүн туура эмес) жана сенсордун киришин Arduino A1 киришине туташтырганыңызды текшериңиз. Эгер баары жакшы болсо, Arduino IDEден Serial Plotterден сүрөттө окшош нерсени көрүшүңүз керек. 60 жана 90 секунддук жылытуу жана өлчөө циклдери ар бир циклдин аягында CO ppm өлчөнүп жана жаңыртылып турат. Өлчөө цикли бүткөндө сенсорго жакыныраак ачык от алып, анын көрсөткүчтөргө кандай таасир этерин көрө аласыз (жалындын түрүнө жараша, ал ачык абада 2000 ppm CO концентрациясына чейин өндүрө алат - анча чоң эмес бөлүгү болсо да) ал чындыгында сенсорго кирет, дагы эле сигналды күйгүзөт жана кийинки циклдин аягына чейин өчпөйт). Мен муну сүрөттө, ошондой эле от алдыргычтан чыккан отко жооп катары көрсөттүм.

7 -кадам: сенсорду калибрлөө

Өндүрүүчүнүн маалымат барагына ылайык, сенсор калибрленгенге чейин 48 саат катары менен жылытуу-муздатуу циклдерин иштетиши керек. Жана эгер сиз аны көпкө чейин колдонууну кааласаңыз, муну жасашыңыз керек: менин учурда сенсор таза абада 30 сааттын ичинде 10 сааттын ичинде өзгөрдү. Эгерде сиз муну эске албасаңыз, анда 100 ppm CO бар болгон 0 ppm натыйжасын ала аласыз. Эгер 48 саат күткүңүз келбесе, өлчөө циклинин аягында сенсордун өндүрүшүн көзөмөлдөй аласыз. Качан бир сааттан ашык 1-2 пунктка өзгөрбөйт - ошол жерден жылытууну токтотсоңуз болот.

Орой калибрлөө:

Эскизди жок дегенде 10 саат таза абада иштеткенден кийин, өлчөө циклинин аягында чийки сенсордун маанисин алып, жылытуу фазасы башталардан 2-3 секунда мурун, жана sensor_reading_clean_air өзгөрмөсүнө жазыңыз (100-сап). Дал ушул. Программа сенсордун башка параметрлерин баалайт, бирок алар так болбойт, бирок 10дон 100гө чейин промилленин концентрациясын айырмалоо үчүн жетиштүү болушу керек.

Так калибрлөө:

Мен калибрленген CO эсептегичти табууну, 100 ppm CO үлгүсүн жасоону сунуштайм (муну түтүн газын шприцке алуу менен жасаса болот - CO концентрациясы оңой эле бир нече миң ppm диапазонунда болушу мүмкүн) жана акырындык менен жабык банкага салып калибрленген метр жана MQ-7 сенсор), бул концентрацияда чийки сенсордун окуусун алып, sensor_reading_100_ppm_CO өзгөрмөсүнө коюңуз. Бул кадамсыз, сиздин ppm өлчөөңүз эки тарапта бир нече жолу туура эмес болушу мүмкүн (эгерде сизге үйдө коркунучтуу CO концентрациясы үчүн сигнал керек болсо, анда, адатта, эч кандай CO болбошу керек, бирок кандайдыр бир өнөр жай үчүн жакшы эмес).

Менде CO эсептегич жок болгондуктан, мен дагы татаал ыкманы колдондум. Биринчиден, бөлөк көлөмдө күйүүнү колдонуу менен СОнун жогорку концентрациясын даярдадым (биринчи сүрөт). Бул макалада мен эң пайдалуу маалыматтарды, анын ичинде жалындын ар кандай түрлөрү үчүн CO түшүмүн таптым - бул сүрөттө жок, бирок акыркы эксперимент пропан газынын күйүүсүн колдонгон, ошол эле орнотуу менен ~ 5000 ppm CO концентрациясына алып келген. Андан кийин, экинчи сүрөттө көрсөтүлгөндөй, 100 ppmге жетүү үчүн 1:50 суюлтулган жана сенсордун таяныч чекитин аныктоо үчүн колдонулган.

8 -кадам: Кээ бир эксперименталдык маалыматтар

Менин учурда, сенсор абдан жакшы иштеди - бул чындыгында төмөн концентрация үчүн өтө сезимтал эмес, бирок 50 ppmден жогору нерсени аныктоо үчүн жетиштүү. Концентрацияны бара -бара жогорулатууга аракет кылып, өлчөөлөрдү алып, диаграммалар топтомун түздүм. 0ppm линияларынын эки топтому бар - CO экспозициясына чейин таза жашыл жана кийин сары жашыл. Сенсор экспозициядан кийин таза аба каршылыгын бир аз өзгөртөт окшойт, бирок бул эффект аз. Бул 8 жана 15, 15 жана 26, 26 жана 45 промилленин концентрацияларын так айырмалай албайт окшойт-бирок тренд абдан ачык, андыктан концентрация 0-20 же 40-60 ppm диапазонунда экенин айта алат. Жогорку концентрация үчүн көз карандылык алда канча айырмаланат - ачык жалындын түгөнүшүнө дуушар болгондо, ийри эч төмөн түшпөстөн башынан жогору көтөрүлөт жана анын динамикасы такыр башкача. Ошентип, жогорку концентрация үчүн, анын тактыгын тастыктай албасам дагы, ишенимдүү иштээрине эч кандай шек жок, бирок менде эч кандай CO ченегич жок. демейки мааниси катары 10k сунуштоо үчүн, бул жолу дагы сезимтал болушу керек. Эгерде сизде ишенимдүү CO эсептегич бар болсо жана бул тактаны чогултса, сенсордун тактыгы тууралуу пикирлериңизди бөлүшүңүз - ар кандай сенсорлордун үстүнөн статистиканы чогултуу жана демейки эскиз божомолун жакшыртуу эң сонун болмок.