MQ-7 sensori yordamida Arduino CO monitor: 8 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:26

Bir necha so'z: nima uchun bu ko'rsatma yaratildi: bir kuni mening qiz do'stimning onasi tunda bizni chaqirdi, chunki u o'zini juda yomon his qildi - boshi aylanishi, taxikardiya, ko'ngil aynishi, yuqori qon bosimi, hatto noma'lum vaqt hushidan ketdi (ehtimol ~ 5) daqiqa, lekin aytishning iloji yo'q), hammasi aniq sababsiz. U kasalxonalardan uzoqda joylashgan kichik bir qishloqda yashaydi (bizning joyimizdan 60 km, eng yaqin shifoxonadan 30 km uzoqlikda, 10 km masofada), shuning uchun biz uning oldiga yugurdik va tez yordamdan ko'p o'tmay etib keldik. U kasalxonaga yotqizildi va ertalab o'zini deyarli yaxshi his qildi, lekin shifokorlar buning sababini topa olishmadi. Ertasi kuni bizda bir fikr bor edi: bu gazli suvli qozon bo'lgani uchun u gaz bilan zaharlangan bo'lishi mumkin edi (rasmda) va bu sodir bo'lganida butun oqshom uning yonida o'tirgan edi. lekin buning uchun sxemalarni yig'ishga hech qachon ulgurmaganman, shuning uchun bu eng zo'r vaqt edi. Har qanday ko'rsatmalarni qidirish uchun bir soatlik internetdan so'ng, men bir vaqtning o'zida sensorlar ishlab chiqaruvchilarining ma'lumotlar jadvalida berilgan ko'rsatmalariga amal qiladigan va hech narsani tushuntiradigan ko'rsatma topa olmasligimni tushundim (bitta misolda juda yaxshi kod bor edi, lekin u uni qanday qo'llash kerakligi aniq emas edi, boshqalari juda soddalashtirilgan va yaxshi ishlamaydi). Shunday qilib, biz sxemalarni ishlab chiqish, 3d qutini tayyorlash va chop etish, sensorni sinab ko'rish va kalibrlash uchun taxminan 12 soat sarfladik va ertasi kuni shubhali qozonga bordik. Ma'lum bo'lishicha, u erda CO darajasi juda yuqori bo'lgan va agar CO ta'sir qilish muddati uzoqroq bo'lsa, o'limga olib kelishi mumkin. Menimcha, shunga o'xshash vaziyatga ega bo'lgan har qanday odam (masalan, gazli qozon yoki yashash joyida sodir bo'ladigan yonish), biror narsaning oldini olish uchun shunday sensorga ega bo'lishi kerak.

Ikki hafta oldin sodir bo'lgan hamma narsa, shundan beri men sxemalar va dasturlarni ancha yaxshiladim va hozir bu juda yaxshi va nisbatan sodda (kodning 3 qatorli oddiy emas, lekin baribir) ko'rinadi. Umid qilamanki, aniq CO o'lchagichga ega bo'lgan kishi men eskizga qo'ygan standart kalibrlash bo'yicha ba'zi fikr -mulohazalarni beradi - menimcha, bu yaxshi emas. Bu erda ba'zi eksperimental ma'lumotlarga ega to'liq qo'llanma.

1 -qadam: materiallar ro'yxati

Sizga kerak: 0. Arduino taxtasi. Men Xitoyning Arduino Nano klonini 3 dollarga baholayman, lekin har qanday 8-bitli arduino bu erda ishlaydi. Sketch ba'zi taymerlarning ilg'or operatsiyalaridan foydalanadi va faqat atmega328 mikrokontrollerida sinovdan o'tkaziladi - garchi u boshqalarda ham yaxshi ishlaydi.1. MQ-7 CO sensori. Odatda bu uchuvchi baliq sensori modulida mavjud bo'lib, u keyingi bosqichda kichik o'zgarishlardan o'tishi kerak, yoki siz alohida MQ-7 sensordan foydalanishingiz mumkin.

2. NPN bipolyar tranzistor. Bu erda 300 mA yoki undan ko'p ishlov beradigan har qanday NPN tranzistorlari ishlaydi. PNP tranzistori yuqorida aytib o'tilgan "Flying Fish" moduli bilan ishlamaydi (chunki u isitish moslamasi datchik chiqishiga lehimlangan), lekin uni alohida MQ-7 sensori bilan ishlatish mumkin.

3. Rezistorlar: 2 x 1k (0,5k dan 1,2k gacha yaxshi ishlaydi) va 1 x 10k (bu aniq saqlansa yaxshi bo'ladi - garchi siz mutlaqo boshqa qiymatdan foydalanishingiz kerak bo'lsa, mos ravishda eskizda referans_resistor_kOhm o'zgaruvchisini moslang).

4. Kondansatkichlar: 2 x 10uF yoki undan ko'p. Tantal yoki keramika talab qilinadi, ESR yuqori bo'lganligi uchun elektrolitik yaxshi ishlamaydi (ular yuqori tok to'lqinini tekislash uchun etarlicha oqim bera olmaydi). Hozirgi CO darajasini ko'rsatish uchun yashil va qizil LEDlar (shuningdek, biz sariq qutining prototipida bo'lgani kabi, 3 ta terminalli bitta ikkita rangli LEDni ishlatishingiz mumkin). Piezo signallari CO darajasining yuqori ekanligini ko'rsatadi.7. Non paneli va simlar (siz hammasini nano -pinlarga lehimlashingiz yoki Uno rozetkalariga siqib qo'yishingiz mumkin, lekin bu yo'l bilan xato qilish oson).

2 -qadam: Modulni o'zgartirish yoki alohida sensorli simlar

Modul uchun siz rasmda ko'rsatilgandek rezistor va kondansatörni o'chirib qo'yishingiz kerak. Agar xohlasangiz, hamma narsani o'chirib qo'yishingiz mumkin - modulli elektronika umuman befoyda, biz uni faqat sensorning o'zi uchun ushlagich sifatida ishlatamiz, lekin bu ikkita komponent to'g'ri o'qishga to'sqinlik qiladi.

Agar siz diskret sensordan foydalanayotgan bo'lsangiz, mos ravishda 5V va tranzistor kollektorini 5V ga isitgich pimlarini (H1 va H2) ulang. Sxemadagi modulning analog pimi singari, bir sezgich tomonini (har qanday A pim) 5V ga, boshqa sezgich tomonini (har qanday B pin) 10k rezistorga ulang.

3 -qadam: ishlash printsipi

Nega bizga bu barcha asoratlar kerak, nima uchun 5V, topraklama va o'qishni o'qish kerak emas? Afsuski, siz hech qanday foydali narsani ololmaysiz, afsuski, MQ-7 ma'lumotlar jadvaliga ko'ra, sensor yuqori va to'g'ri o'lchovlarni olish uchun past isitish davrlari. Past haroratli fazada CO plastinkada so'riladi va mazmunli ma'lumotlarni beradi. Yuqori haroratli fazada, yutilgan CO va boshqa birikmalar sensor plastinkasidan bug'lanib, keyingi o'lchov uchun tozalanadi.

Umuman olganda, operatsiya oddiy:

1. 5 soniyani 60 soniya davomida qo'llang, bu ko'rsatkichlarni CO ni o'lchash uchun ishlatmang.

2. 1,4 V ni 90 soniya davomida qo'llang, bu ko'rsatkichlarni CO ni o'lchash uchun ishlating.

3. 1 -bosqichga o'ting.

Ammo bu erda muammo bor: Arduino bu sensorni pimidan ishlatish uchun etarli quvvatni ta'minlay olmaydi - sensor isitgichi 150 mA ni talab qiladi, Arduino pimi 40 mA dan oshmasligi mumkin, shuning uchun to'g'ridan -to'g'ri ulangan bo'lsa, Arduino pin yonadi va sensor hali ham yutadi. ishlamaydi. Shunday qilib, biz katta chiqish oqimini nazorat qilish uchun kichik kirish oqimini oladigan oqim kuchaytirgichidan foydalanishimiz kerak, boshqa muammo - 1,4 V. Ko'p analog komponentlarni kiritmasdan, bu qiymatni ishonchli olishning yagona yo'li - chiqish voltajini boshqaruvchi teskari aloqa yordamida PWM (Pulse Width Modulation) yondashuvidan foydalanish.

NPN tranzistorlari ikkala muammoni ham hal qiladi: doimiy ravishda yoqilganda, sensordagi kuchlanish 5V ni tashkil qiladi va u yuqori haroratli fazani isitadi. Qachonki biz PWM -ni uning kirishiga qo'llasak, oqim pulsatsiyalanadi, keyin u kondansatör tomonidan tekislanadi va o'rtacha kuchlanish o'zgarmaydi. Agar biz yuqori chastotali PWMdan foydalansak (eskizda 62,5 kHz chastotaga ega) va o'rtacha ko'p analog o'qishlar (eskizda biz o'rtacha 1000 o'qishdan ortiq bo'lsa), natija ancha ishonchli bo'ladi.

Sxemalarga muvofiq kondansatkichlarni qo'shish juda muhimdir. Bu erda tasvirlar C2 kondansatörlü va bo'lmagan signallarning farqini ko'rsatadi: ularsiz PWM to'lqinlari aniq ko'rinadi va o'qishni sezilarli darajada buzadi.

4 -qadam: sxemalar va elektron jadval

Bu erda sxemalar va taxtalarni yig'ish.

Ogohlantirish! Standart uzilish modulini o'zgartirish kerak! Modulni o'zgartirishsiz foydasiz. O'zgartirish ikkinchi bosqichda tasvirlangan

LEDlar uchun D9 va D10 pimlarini ishlatish juda muhim, chunki u erda bizda Timer1 uskunasining chiqishlari bor, bu ularning ranglarini silliq o'zgartirishga imkon beradi. D5 va D6 pinlari signal uchun ishlatiladi, chunki D5 va D6 - Timer0 uskunasining chiqishlari. Biz ularni bir -biriga teskari yo'nalishda sozlaymiz, shuning uchun ular (5V, 0V) va (0V, 5V) holatlar o'rtasida almashadilar va shu tariqa ovozli signal eshitiladi. Ogohlantirish: bu Arduino vaqtining asosiy uzilishiga ta'sir qiladi, shuning uchun vaqtga bog'liq bo'lgan barcha funktsiyalar (millis () kabi) bu eskizda to'g'ri natija bermaydi (bu haqda keyinroq). Pin D3 unga Timer2 apparati ulangan D11 - lekin D3 ga qaraganda simni ulash oson emas) - shuning uchun biz kuchlanish nazorat qilish tranzistorini PWM bilan ta'minlash uchun foydalanamiz. R1 rezistori LEDlarning yorqinligini boshqarish uchun ishlatiladi. Bu 300 dan 3000 Ohmgacha bo'lgan har qanday joyda bo'lishi mumkin, 1k yorug'lik/quvvat iste'moli uchun eng maqbuldir, R2 rezistor tranzistorning asosiy oqimini cheklash uchun ishlatiladi. U 300 Ohmdan past bo'lmasligi kerak (Arduino pinini ortiqcha yuklamaslik uchun) va 1500 Ohmdan oshmasligi kerak. 1k - bu xavfsiz tanlov.

R3 rezistorlari kuchlanish bo'linishini yaratish uchun sensorli plastinka bilan ketma -ket ishlatiladi. Sensor chiqishidagi kuchlanish R3 / (R3 + Rs) * 5V ga teng, bu erda R - oqim sensori qarshiligi. Sensor qarshiligi CO kontsentratsiyasiga bog'liq, shuning uchun kuchlanish mos ravishda o'zgaradi. C1 kondansatkichi MQ -7 sensoridagi PWM kuchlanishini tekislash uchun ishlatiladi, uning sig'imi qanchalik yuqori bo'lsa, shuncha yaxshi ESR - keramik (yoki tantal) bo'lishi kerak. Bu erda kondansatör afzal, elektrolitik yaxshi ishlamaydi.

Sensorning analog chiqishini yumshatish uchun C2 kondansatörü ishlatiladi (chiqish voltaji kirish voltajiga bog'liq - va bizda bu erda juda katta oqim PWM bor, bu barcha sxemalarga ta'sir qiladi, shuning uchun bizga C2 kerak). Eng oddiy echim - C1. NPN tranzistorli kondansatkichdan foydalanish yoki sensorning isitgichiga yuqori oqim berish uchun doimo tok o'tkazadi yoki PWM rejimida ishlaydi, shuning uchun isitish tokini kamaytiradi.

5 -qadam: Arduino dasturi

OGOHLANTIRISH: SENSOR HAR QANDAY ISHLAB CHIQISH UCHUN MANUAL KALIBRASIYA TALAB QILADI. KALIBRASIYASIZ, SIZNING XUSUSIY SENSORINGIZNING PARAMETRALARIGA QARShI, bu eskiz toza havoda signalni yoqishi yoki LETAL uglerod monoksid konsentratsiyasini aniqlamasligi mumkin

Kalibrlash quyidagi bosqichlarda tasvirlangan. Qo'pol kalibrlash juda oddiy, aniqligi juda murakkab.

Umuman olganda, dastur juda oddiy:

Birinchidan, biz PWMni kalibrlaymiz, bu sensordan talab qilinadigan barqaror 1,4 V (to'g'ri PWM kengligi aniq rezistor qiymatlari, bu sensorning qarshiligi, tranzistorning VA egri chizig'i va boshqalar kabi ko'plab parametrlarga bog'liq) - shuning uchun eng yaxshi usul - har xil qiymatlarni sinab ko'rish. Keyin biz 60 soniya isitish va 90 soniyali o'lchash tsiklidan o'tamiz. Amalga oshirish biroz murakkablashadi. Biz apparat taymerlarini ishlatishimiz kerak, chunki bu erda hamma narsa to'g'ri ishlashi uchun yuqori chastotali barqaror PWMga muhtoj, bu erda kodni bizning github-dan, shuningdek Fritzing-dagi sxemalar manbaidan yuklab olish mumkin. Taymerlar bilan ishlaydigan 3 ta funktsiya: setTimer0PWM, setTimer1PWM, setTimer2PWM, ularning har biri PWM rejimida taymerni berilgan parametrlar bilan belgilaydi (kodda sharhlangan) va kirish qiymatlariga muvofiq puls kengligini o'rnatadi. O'lchov bosqichlari startMeasurementPhase va startHeatingPhase funktsiyalari yordamida almashtiriladi. ichidagi hamma narsani boshqaring. 5V va 1,4V isitish oralig'ida o'tish uchun mos keladigan taymer qiymatlarini o'rnating. LEDlar holati LEDLE funktsiyalari bilan o'rnatiladi, ular kiritishda yashil va qizil yorqinlikni qabul qiladi (chiziqli 1-100 shkalada) va uni mos keladigan taymer sozlamasiga o'zgartiradi.

Buzzer holati buzz_on, buzz_off, buzz_beep funktsiyalari yordamida boshqariladi. Ochish/o'chirish funktsiyalari ovozni yoqadi va o'chiradi, agar signal vaqti -vaqti bilan chaqirilsa, 1,5 sekundlik signal signallari ketma -ketligi ishlab chiqariladi (bu funksiya darhol qaytadi, shuning uchun u asosiy dasturni to'xtatmaydi, lekin siz uni qayta -qayta chaqirishingiz kerak. signal berish uchun).

Dastur pwm_adjust funktsiyasini bajaradi, u o'lchov bosqichida 1,4 V ga erishish uchun to'g'ri PWM aylanish kengligini aniqlaydi. Keyin sensor bir necha marta signal beradi, o'lchash bosqichiga o'tadi va asosiy tsiklni ishga tushiradi.

Asosiy tsiklda dastur joriy fazada etarlicha vaqt o'tkazganligimizni tekshiradi (o'lchash fazasi uchun 90 soniya, isitish fazasi uchun 60 soniya) va ha bo'lsa, joriy fazani o'zgartiradi. Shuningdek, u eksponensial tekislash yordamida sensor o'qilishini doimiy ravishda yangilab turadi: new_value = 0.999*old_value + 0.001*new_reading. Bunday parametrlar va o'lchash tsikli bilan u o'rtacha signalni taxminan 300 millisekunddan ortig'ini oladi. KALIBRASIYASIZ, SIZNING XUSUSIY SENSORINGIZNING PARAMETRALARIDAN BOSHQA, bu eskiz toza havoda signalni yoqishi yoki LETAL UG'RUZ MONOXID konsentratsiyasini aniqlamasligi mumkin.

6 -qadam: Birinchi yugurish: nimani kutish kerak

Agar siz hamma narsani to'g'ri yig'gan bo'lsangiz, eskizni ishga tushirgandan so'ng siz Serial monitorda shunday narsani ko'rasiz:

PWMni sozlash w = 0, V = 4.93

sozlash PWM w = 17, V = 3.57PWM natijasi: kengligi 17, kuchlanish 3.57

va keyin oqim sensori o'qilishini ifodalovchi raqamlar qatori. Bu qism PWM kengligini sozlash orqali sensori isitgichining kuchlanishini iloji boricha 1,4 V ga yaqinroq qilib ishlab chiqaradi, o'lchangan kuchlanish 5 V dan chiqariladi, shuning uchun bizning ideal o'lchash qiymati 3,6 V ni tashkil qiladi. Agar bu jarayon bir qadamdan keyin tugamasa yoki tugamasa (natijada kengligi 0 yoki 254 ga teng) - demak, biror narsa noto'g'ri. Sizning tranzistoringiz haqiqatan ham NPN ekanligini va to'g'ri ulanganligini tekshiring (tayanch, kollektor, emitter pinlarini to'g'ri ishlatganingizga ishonch hosil qiling - taglik D3 ga, kollektor MQ -7 ga va emitent erga tushadi, Fritzing non paneli ko'rinishini hisobga olmang - bu ba'zi transistorlar uchun noto'g'ri) va sensorning kirishini Arduino A1 kirishiga ulaganingizga ishonch hosil qiling, agar hamma narsa yaxshi bo'lsa, siz Arduino IDE Serial Plotter -da tasvirga o'xshash narsani ko'rishingiz kerak. 60 va 90 soniyali isitish va o'lchash davrlari ketma -ket ishlaydi, har bir tsikl oxirida CO ppm o'lchanadi va yangilanadi. O'lchov tsikli deyarli tugagandan so'ng, siz ochiq olovni sensorga yaqin qo'yishingiz va uning o'qishga qanday ta'sir qilishini ko'rishingiz mumkin (olov turiga qarab, u ochiq havoda 2000 ppm gacha CO konsentratsiyasini ishlab chiqarishi mumkin). u aslida sensorga o'tadi, u hali ham signalni yoqadi va keyingi tsikl oxirigacha o'chmaydi). Men uni tasvirda, shuningdek, zajigalkadan o'tga javobni ko'rsatdim.

7 -qadam: Sensorni kalibrlash

Ishlab chiqaruvchi ma'lumotlariga ko'ra, sensori kalibrlashdan oldin ketma-ket 48 soat davomida isitish-sovutish davrlarini bajarishi kerak. Agar siz uni uzoq vaqt ishlatmoqchi bo'lsangiz, buni qilishingiz kerak: menimcha, toza havoda sensor o'qilishi 10 soat ichida taxminan 30% o'zgargan. Agar siz buni hisobga olmasangiz, siz 100 ppm CO mavjud bo'lgan 0 ppm natijasini olishingiz mumkin, agar siz 48 soat kutishni xohlamasangiz, o'lchov tsikli oxirida sensor chiqishini kuzatishingiz mumkin. Bir soatdan ko'proq vaqt davomida u 1-2 balldan oshmaydi - siz isitishni to'xtatishingiz mumkin.

Qattiq kalibrlash:

Eskizni kamida 10 soat toza havoda ishlatganingizdan so'ng, o'lchash tsikli oxirida, isitish fazasi boshlanishidan 2-3 soniya oldin, xom sensor qiymatini oling va uni sensor_reading_clean_air o'zgaruvchisiga yozing (100-qator). Bo'ldi shu. Dastur sensorning boshqa parametrlarini baholaydi, ular aniq bo'lmaydi, lekin 10 dan 100 ppm kontsentratsiyasini farqlash uchun etarli bo'lishi kerak.

Aniq kalibrlash:

Men kalibrlangan CO o'lchagichni topishni, 100 ppm CO namunasini olishni maslahat beraman (buni bir necha tutunli gazni shpritsga quyish orqali amalga oshirish mumkin - CO kontsentratsiyasi bir necha ming ppm oralig'ida bo'lishi mumkin va asta -sekin yopiq idishga soling). kalibrlangan hisoblagich va MQ-7 sensori), bu kontsentratsiyada xom sensor o'qilishini oling va uni sensor_reading_100_ppm_CO o'zgaruvchisiga qo'ying. Agar bu qadam bo'lmasa, sizning ppm o'lchovingiz har ikki yo'nalishda ham bir necha marta noto'g'ri bo'lishi mumkin (agar siz uyda CO ning xavfli kontsentratsiyasi haqida signal kerak bo'lsa, odatda, bu erda CO umuman bo'lmasligi kerak, lekin har qanday sanoat uchun yaxshi emas).

Menda CO hisoblagichi bo'lmaganligi uchun men yanada murakkab yondashuvni qo'lladim. Birinchidan, men izolyatsiyalangan hajmda yonish yordamida yuqori konsentratsiyali CO tayyorladim (birinchi rasm). Ushbu maqolada men eng foydali ma'lumotlarni topdim, shu jumladan har xil turdagi olov uchun CO chiqindisi - bu fotosuratda yo'q, lekin oxirgi tajribada propan gazining yonishi ishlatilgan, xuddi shunday sozlashda ~ 5000 ppm CO konsentratsiyasi. Keyin ikkinchi rasmda ko'rsatilgandek 100 ppm ga erishish uchun 1:50 nisbatda suyultirildi va sensorning tayanch nuqtasini aniqlash uchun ishlatildi.

8 -qadam: Ba'zi eksperimental ma'lumotlar

Mening holatimda, sensor juda yaxshi ishladi - bu past kontsentratsiyaga juda sezgir emas, lekin 50 ppm dan yuqori bo'lgan narsalarni aniqlash uchun etarlicha yaxshi. Men o'lchovlarni olib, kontsentratsiyani asta -sekin oshirishga harakat qildim va jadvallar to'plamini tuzdim. 0ppm chiziqlarining ikkita to'plami bor - CO ta'siridan oldin toza yashil va keyin sariq yashil. Sensor ta'sirdan keyin toza havo qarshiligini biroz o'zgartirganga o'xshaydi, lekin bu ta'sir unchalik katta emas. Ko'rinib turibdiki, 8 va 15, 15 va 26, 26 va 45 ppm kontsentratsiyalarni aniq ajrata olmaydi, lekin bu tendentsiya juda aniq, shuning uchun konsentratsiya 0-20 yoki 40-60 ppm oralig'ida bo'ladimi?. Yuqori konsentratsiyalarda qaramlik ancha farq qiladi - ochiq olovdan chiqqanda, egri chiziq boshidan yuqoriga ko'tariladi va uning dinamikasi umuman boshqacha. Shunday qilib, yuqori konsentratsiyalarda uning ishonchli ishlashiga shubha yo'q, lekin men uning aniqligini tasdiqlay olmayman, chunki menda hech qanday CO hisoblagichi yo'q. 10k ni standart qiymat sifatida tavsiya qilish uchun, bu yo'l yanada sezgir bo'lishi kerak. Agar sizda ishonchli CO o'lchagichingiz bo'lsa va bu taxtani yig'gan bo'lsangiz, iltimos, sensorning aniqligi haqida fikr -mulohazalaringiz bilan o'rtoqlashing - har xil sensorlar bo'yicha statistik ma'lumotlarni to'plash va eskiz taxminlarini takomillashtirish yaxshi bo'lardi.