Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Arduino и датчик MQ-135: измерение концентрации углекислого газа в воздухе
Уровень углекислого газа (двуокись углерода или CO2) в атмосфере Земли повышается день ото дня. Среднее значение CO2 в атмосфере в 2019 году составило 409,8 частей на миллион, а в октябре 2020 года – 411,29. Двуокись углерода является ключевым парниковым газом, на который приходится около трех четвертей выбросов. Таким образом, мониторинг уровня CO2 также стал приобретать все большее значение.
В нашем предыдущем проекте мы использовали инфракрасный датчик CO2 для измерения концентрации CO2 в воздухе. В этом проекте мы собираемся использовать датчик MQ-135 с Arduino для измерения концентрации углекислого газа. Измеренные значения концентрации CO2 будут отображаться на OLED-модуле.
Датчик газа MQ-135 – это датчик качества воздуха для обнаружения широкого спектра газов, включая NH3, NOx, спирт, бензол, дым и CO2. Датчик MQ-135 можно приобрести как в виде модуля, так и просто как датчик. В этом проекте мы используем сенсорный модуль MQ-135 для измерения концентрации CO2 в PPM. Принципиальная схема платы модуля MQ-135 приведена далее.
Нагрузочный резистор RL играет очень важную роль в обеспечении работы датчика. Этот резистор изменяет свое значение сопротивления в зависимости от концентрации газа. Согласно документации на MQ-135, сопротивление нагрузочного резистора может находиться в диапазоне от 10 кОм до 47 кОм. В документации рекомендуется откалибровать детектор на концентрацию 100 ppm NH3 или 50 ppm спирта в воздухе и использовать значение сопротивления нагрузки (RL) около 20 кОм. По умолчанию на плате стоит значение этого резистора 1 кОм.
Таким образом, чтобы измерить соответствующие значения концентрации CO2, вам необходимо заменить резистор 1 кОм на резистор 22 кОм. Полная схема подключения датчика газа MQ-135 к Arduino приведена далее.
Схема очень проста, поскольку мы подключаем только датчик MQ-135 и модуль OLED-дисплея к Arduino Nano. Датчик газа MQ-135 и модуль OLED-дисплея питаются от +5 В. Вывод аналогового выхода датчика MQ-135 подключен к выводу A0 Arduino Nano. Поскольку модуль OLED-дисплея использует связь SPI, мы установили связь SPI между модулем OLED и Arduino Nano. После подключения оборудования в соответствии с принципиальной схемой оно должно выглядеть примерно так:
Теперь, когда мы знаем значение RL, давайте приступим к расчету значений Ro для чистого воздуха. Здесь мы собираемся использовать MQ135.h для измерения концентрации CO2 в воздухе. Поэтому сначала загрузите библиотеку MQ-135, затем предварительно нагрейте датчик в течение 24 часов, прежде чем считывать значения Ro. После процесса предварительного нагрева используйте приведенный ниже код, чтобы прочитать значения Ro.
Теперь, когда вы получили значения Ro, перейдите в Документы – Arduino –libraries –MQ135-master, откройте файл MQ135.h и измените значения RLOAD и RZERO.
Теперь прокрутите вниз и замените значение ATMOCO2 текущим значением CO2 в атмосфере, равным 411,29.
Полный код для взаимодействия датчика MQ-135 с Arduino приведен далее.
Как только оборудование и код будут готовы, следует проверить датчик. Для этого подключите Arduino к ноутбуку, выберите плату и порт и нажмите кнопку загрузки. Затем откройте монитор последовательного порта и подождите некоторое время (процесс предварительного нагрева), после чего вы увидите окончательные данные. Значения будут отображаться на OLED-дисплее, как показано на следующем изображении.
Источник
Датчики газа серия MQ (Trema-модуль v2.0)
Общие сведения:
Trema-модуль датчик газа MQ-2 и MQ-135 — способны определять концентрацию широкого спектра газов в воздухе (природные газы, углекислый и угарный газ, углеводороды, дым, пары спирта и бензина).
Trema-модуль датчик газа MQ-3 — способен определять концентрацию паров спирта в воздухе.
Trema-модуль датчик газа MQ-6 — способен определять концентрацию углеводородных газов в воздухе.
Модули построены на базе полупроводникового газоанализатора. Датчики отличаются повышенной чувствительностью и быстрой реакцией на увеличение концентрации детектируемых газов. Нагревательный элемент датчиков нагревает газочувствительную полупроводниковую плёнку, которая в нагретом состоянии, вступает в химические реакции с детектируемыми газами и способна менять своё электрическое сопротивление пропорционально концентрации этих газов в окружающем воздухе.
Видео:
Спецификация:
- Входное напряжение питания: 5 В (постоянного тока)
- Потребляемый ток: 130 . 140 мА (в активном режиме)
- Потребляемый ток: 0,5 . 0,8 мА (в режиме энергосбережения)
- Сигнал на выходе: от 1,2 В ±0.5 до Vcc-4% (зависит от концентрации измеряемых газов)
- Рабочая температура: 0 . +50 °C
- Габариты: 30×30 мм
Все модули линейки «Trema» выполнены в одном формате
Подключение:
В комплекте имеется кабель для быстрого и удобного подключения к Trema Shield .
- Аналоговый выход модуля «S» (Signal) — подключается к любому аналоговому входу Arduino и предназначен для снятия показаний модуля.
- Цифровой вход модуля «EN» (Enable) — подключается к любому выходу Arduino и предназначен для управления режимами работы модуля («1» — активный режим, «0» — режим энергосбережения).
- Если вход «EN» оставить неподключённым, то модуль будет находиться в активном режиме пока есть питание.
Модуль удобно подключать 3 способами, в зависимости от ситуации:
Способ — 1 : Используя проводной шлейф и Piranha UNO
Используя провода «Папа — Мама», подключаем напрямую к контроллеру Piranha UNO.
Способ — 2 : Используя Trema Set Shield
Модуль можно подключить к любому из аналоговых входов Trema Set Shield.
Способ — 3 : Используя проводной шлейф и Shield
Используя 3-х проводной шлейф, к Trema Shield, Trema-Power Shield, Motor Shield, Trema Shield NANO и тд.
Питание:
Входное напряжение питания 5 В постоянного тока, подаётся на выводы «V» (Vcc) и «G» (GND) модуля.
Подробнее о модуле:
Уровень напряжения на аналоговом выходе «S» (Signal) прямо пропорционален концентрации детектируемых газов. Цифровой вход «EN» (Enable) можно не использовать — тогда модуль будет работать постоянно.
Если подключить вход модуля «EN» к любому выходу Arduino, то модулем можно управлять: логическая «1» подключит нагревательный элемент датчика к шине питания и модуль будет регистрировать концентрацию газов, логический «0» отключит нагревательный элемент и модуль перейдёт в режим энергосбережения.
Источник
Датчик углекислого газа MQ-135
Описание
Вам нужно оценить качество воздуха? Воспользуйтесь датчиком газа MQ135, который хорошо обнаруживает концентрацию углекислого газа (CO2) в воздухе. Помимо углекислого газа датчик обнаруживает в воздухе угарный газ (CO), ацетон, аммоний, спирт (Alcohol), пыль, дым.
Датчик является одним из популярных датчиков серии MQ. Обнаружение концентрации газов в датчике происходит за счёт измерения сопротивления чувствительного материала при взаимодействии газов с этим чувствительным материалом. Датчик обнаруживает концентрации углеводородных газов, паров спирта, пропана, метана, водорода и дыма примерно от 300 до 10000 миллионных долей (ppm — parts per million).
Для описания количества газа в воздухе чаще всего пользуются либо процентным соотношением газа или миллионными долями. К примеру, Сто миллионных долей дыма означает, что если мы разобьём весь объём воздуха на 1’000’000 частей, то 100 из этих частей будут являться частями дыма, а 999’900 частей какие-то другие газы.
Основным рабочим элементом датчика является нагревательный элемент, за счет которого происходит химическая реакция, в результате которой получается информация о концентрации газа. В процессе работы датчик должен нагреваться — это нормально. Также необходимо помнить, что за счет нагревательного элемента, датчик потребляет большой ток, поэтому рекомендуется использовать внешнее питание.
Перед началом использования рекомендуется прогреть датчик, т.е. оставить его включенным на сутки. Это поможет достичь стабильных показаний в процессе его дальнейшей работы.
Обратите внимание, что показания датчика подвержены влиянию температуры и влажности окружающего воздуха. Поэтому в случае использования датчика в изменяющейся среде, будет необходима компенсация этих параметров.
Питание нагревателя
Основным элементом датчика — является нагреватель, он же является и основным потребителем энергии. Ввиду этого, на плате предусмотрен вывод питания нагревателя. Таким образом, можно управлять нагревателем для экономии энергопотребления. Если же такой задачи не требуется, просто объедините выводы VDD и VH с помощью перемычки, и нагреватель будет запитан от сигнала +.
Источник
#31. MQ135 датчик углекислого газа. Библиотека MQ135 Arduino library.
Данный датчик позиционируют на рынке, как датчик качества воздуха. Так как он измеряет не только концентрацию CO2 в воздухе, но и концентрацию других газов.
Для того чтобы добиться приемлемых показаний, нужно его откалибровать, и при этом показания не на 100% точные. Несмотря на это, данный датчик можно использовать дома или в офисе, для контроля качества воздуха, и выводить данные значений на дисплей, подавать звуковой или световой сигнал. При желании можно сделать автоматическое проветривание помещения.
ВНИМАНИЕ! Перед работай с датчиком его нужно прогреть не менее 12-24 часов. Для этого подаем питание и оставляем датчик на указанное время. Затем его нужно вынести на свежий воздух, рекомендуемая температура +20 С и провертеть.Только после этого датчик будет показывать корректные значение.
Еще один минус, после включения датчик должен прогреться, только после этого можно снимать показание.
Для Arduino урока нам понабиться:
Что из себя представляет датчик качества воздуха MQ135?
Сам датчик MQ-135 представляет собой цилиндрическое устройства с 6 контактами. И выполняется в 2 корпусах.
Для работы с датчика необходима небольшая обвязка.
В данном Arduino уроке, мы будем рассматривать подключения модуля, на основе датчика MQ135. Модуль имеет необходимую обвязку, а также оснащен компаратором и подстроечным резистором. Это позволяет получить сигнал на цифровую ножку модуля D0. Когда концентрация ниже установленного параметра, на цифровом выходе датчика логическая 1, и зеленый светодиод не светиться, задать чувствительность датчика можно с помощью подстроечного резистора. При повышении концентрации, светодиод включается и на цифровом пине появляется логический ноль. Используя данный пин, датчик можно использовать без микроконтроллера.
Схема модуля выглядит примерно так. В интернете нет точной схемы данного модуля.
Для подключения модуля необходим источник питания 5в. Не менее 800 мВт. Это связано с тем, что чувствительный элемент датчика нужно подогревать. По документации, температура чувствительного элемента не ниже 42 С. При этом корпус датчика не нагревается и при прикосновении теплый. Для отвода тепла датчик закрыт металлической сеткой.
Разберем технические характеристики газоанализатора:
- напряжение питания: 5V;
- время прогрева: около 1 мин;
- потребляемый ток: 130-150 мА;
- диапазон рабочих температур: -10 . 45 С;
- выходной сигнал TTL уровня;
- габариты: 35 х 20 х 21 мм;
- вес: около 10 г.
Схема подключения MQ135 к Arduino.
Назначение пинов датчика MQ135:
- Vcc – питания 5в.
- GND – «-» питания.
- D0 – цифровой пин.
- A0 – аналоговый пин.
Подключаем модуль MQ135 к Arduino UNO по схеме. 
Подключаем модуль MQ135 к Arduino NANO по схеме. 
Пример кода MQ135 для Arduino.
Снять показание с датчика можно без использования сторонних библиотек. Вот такой простой пример кода, поможет получить данные с цифрового и аналогового пина, и вывести полученные значения в монитор порта.
Но это значения не приведены к стандартным, а хотелось бы снять показание в PPM. Для этого можно использовать библиотеку MQ135.h, которую можно скачать на github или внизу страницы.
Для того чтобы установить библиотеку. Заходим в Arduino IDE и выбираем в меню: Скетч –> Подключить библиотеку –> Добавить .ZIP библиотеку… 
Выбираем скаченный архив MQ135-master.zip и нажимаем кнопку «Открыть». После установки вы увидите надпись, что библиотека успешно добавлена.
Затем загрузим в Arduino пример кода.
В мониторе порта мы получим непонятные значения. Это связанно с тем, что датчик нужно откалибровать и в библиотеки настроить необходимые параметры.
Первый параметр, который нужно знать, это концентрация углекислого газа в атмосфере. Для этого заходим в поисковик и получаем вот такой результат:
«Концентрация углекислого газа (CO2) в земной атмосфере впервые в истории человечества превысила 415 частей на миллион (ppm) — то есть в каждом куб. м воздуха присутствует не менее 415 мл углекислого газа.»
В мониторе порта у нас выводиться значение калибровочных данных.
Также нам нужно знать номинал нагрузочного резистора RL.
В моем случае это 1 кОм. Данное значение нужно указать в библиотеке. Заходим в папку библиотеки и открываем файл MQ135.h с помощью любого текстового редактора.
И меняем полученные значения. У вас эти данные могут быть другими.
На этом калибровка завершена. Сейчас можно снимать показание с датчика. Вот что у меня, выводим в монитор порта.
Показание ниже, чем концентрация углекислого в атмосфере. Возможно, это связанно с тем, что я живу в небольшом городе или просто датчик меня обманывает. Буду надеяться, что это все-таки связанно с хорошей экологической обстановкой в моем городе!
Сейчас полученные показания можно использовать для реализации информера, сигнализации или просто для мониторинга изменения качества воздуха в помещении.
Вывод по работе с датчика MQ135.
Датчик имеет ряд минусов:
- Прогрев перед работай.
- Сложность настройки и калибровки.
- Неточные показания.
Плюсы. Их ни так и много. Один плюс — это стоимость. Данный датчик в разы дешевле аналогичных датчиков качества воздуха.
Итог можно сделать следующий, датчик использовать можно только для мониторинга качества воздуха в неответственных помещениях и для сигнализации, которая будет реагировать на резкое увеличение углекислого газа в воздухе. Например, пожарная сигнализация.
Смотрите другие уроки подключения датчиков к Arduino:
Появились вопросы или предложения, не стесняйся, пиши в комментарии!
Не забывайте подписываться на канал Youtube и вступайте в группы в Вконтакте и Facebook.
Всем Пока-Пока.
И до встречи в следующем уроке.
Понравилась статья? Поделитесь ею с друзьями:
Источник