使用Arduino和MQ测量空气中的二氧化碳浓度

地球的大气二氧化碳水平每天都在增加。2019年全球平均大气二氧化碳为409.8百万分之一，而2020年10月为411.29。二氧化碳是一种重要的温室气体，约占四分之三的排放量。因此，二氧化碳水平监测也开始变得越来越重要。

在我们之前的项目中，我们使用重力红外CO2传感器来测量空气中的CO2浓度。在这个项目中，我们将使用带有Arduino的MQ-135传感器来测量CO2浓度。测得的CO2浓度值将显示在OLED模块上，最后我们还将Arduino MQ-135传感器读数与红外CO2传感器读数进行比较。除了二氧化碳以外，我们还使用Arduino测量了LPG，烟气和氨气的浓度。

所需组件

Arduino纳米
MQ-135传感器
跳线
0.96'SPI OLED显示模块
面包板
22KΩ电阻

0.96英寸OLED显示模块

OLED（有机发光二极管）是一种自发光技术，通过在两个导体之间放置一系列有机薄膜来构造。当电流施加到这些膜时，产生亮光。OLED使用的技术与电视相同，但像素比大多数电视都要少。

对于此项目，我们使用的是单色7针SSD1306 0.96英寸OLED显示屏。它可以在三种不同的通信协议上工作：SPI 3线模式，SPI四线模式和I2C模式。您还可以通过阅读链接文章，进一步了解OLED显示的基本知识及其类型。引脚及其功能在下表中说明：

引脚名称	其他名称	描述
nd	地面	模块的接地引脚
Vdd	Vcc，5V	电源引脚（可承受3-5V）
SCK	D0，SCL，时钟	充当时钟引脚。用于I2C和SPI
SDA	D1，MOSI	模块的数据引脚。用于IIC和SPI
RES	RST，复位	重置模块（在SPI期间有用）
直流电	A0	数据命令引脚。用于SPI协议
CS	片选	在SPI协议下使用多个模块时很有用

OLED规格：

OLED驱动器IC：SSD1306
分辨率：128 x 64
可视角度：> 160°
输入电压：3.3V〜6V
像素颜色：蓝色
工作温度：-30°C〜70°C

准备MQ-135传感器

MQ-135气体传感器是一种空气质量传感器，用于检测各种气体，包括NH3，NOx，酒精，苯，烟和CO2。MQ-135传感器既可以作为模块购买，也可以单独购买。在这个项目中，我们使用MQ-135传感器模块来测量PPM中的CO2浓度。MQ-135板的电路图如下所示：

负载电阻RL在使传感器正常工作中起着非常重要的作用。该电阻器根据气体浓度改变其电阻值。根据MQ-135数据表，负载电阻值的范围可以在10KΩ至47KΩ之间。数据表建议您针对空气中100ppm NH3或50ppm酒精浓度校准检测器，并使用约20KΩ的负载电阻（RL）值。但是，如果您跟踪PCB走线以找到电路板上的RL值，则会看到一个1KΩ（102）负载电阻。

因此，要测量适当的CO2浓度值，您必须用22KΩ电阻代替1KΩ电阻。

将MQ135与Arduino接口的电路图

下面给出了将MQ-135气体传感器与Arduino连接的完整原理图：

电路非常简单，因为我们仅将MQ-135传感器和OLED显示模块与Arduino Nano连接在一起。MQ-135气体传感器和OLED显示模块均由+ 5V和GND供电。MQ-135传感器的模拟输出引脚连接到Arduino Nano的A0引脚。由于OLED显示模块使用SPI通信，因此我们在OLED模块和Arduino Nano之间建立了SPI通信。下表中显示了连接：

序号	OLED模块引脚	Arduino引脚
1个	地线	地面
2	VCC	5伏
3	D0	10
4	D1	9
5	RES	13
6	直流电	11
7	CS	12

根据电路图连接硬件后，Arduino MQ135传感器设置应如下所示：

计算R

现在我们知道RL的值，让我们继续如何计算清洁空气中的R _o值。在这里，我们将使用MQ135.h来测量空气中的CO2浓度。因此，首先下载MQ-135库，然后在读取R _o值之前将传感器预热24小时。预热过程后，使用以下代码读取R _o值：

#include“ MQ135.h” void setup（）{Serial.begin（9600）; } void loop（）{MQ135 gasSensor = MQ135（A0）; //将传感器连接到A0引脚上float rzero = gasSensor.getRZero（）; Serial.println（rzero）; 延迟（1000）; }

现在，一旦获得R _o值，请转至 文档> Arduino>库> MQ135-master 文件夹 并打开 MQ135.h 文件并更改RLOAD和RZERO值。

///板上的负载电阻#define RLOAD 22.0 ////大气CO2水平下的校准耐受性#define RZERO 5804.99

现在向下滚动并将ATMOCO2值替换为当前的大气CO2，即411.29

///用于校准的大气CO2含量#define ATMOCO2 397.13

使用Arduino MQ135传感器测量CO2的代码

文档末尾给出了MQ-135 Sensor与Arduino接口的完整代码。在这里，我们解释了MQ135 Arduino代码的一些重要部分。

该代码使用 Adafruit_GFX ，和 Adafruit_SSD1306 ，并 MQ135.h 库。这些库可以从Arduino IDE的库管理器中下载并从那里安装。为此，打开Arduino IDE并转到 Sketch <Include Library <Manage Libraries 。现在搜索Adafruit GFX并安装Adafruit的Adafruit GFX库。

同样，通过Adafruit安装Adafruit SSD1306库。可以从此处下载MQ135库。

将库安装到Arduino IDE之后，通过包含所需的库文件来启动代码。

#include“ MQ135.h” #include #include #include

然后，定义OLED的宽度和高度。在此项目中，我们使用的是128×64 SPI OLED显示器。您可以根据自己的显示更改 SCREEN_WIDTH 和 SCREEN_HEIGHT 变量。

#define SCREEN_WIDTH 128 #define SCREEN_HEIGHT 64

然后定义连接OLED Display的SPI通信引脚。

#define OLED_MOSI 9 #define OLED_CLK 10 #define OLED_DC 11 #define OLED_CS 12 #define OLED_RESET 13

然后，使用前面通过SPI通信协议定义的宽度和高度创建一个Adafruit显示实例。

Adafruit_SSD1306显示屏（SCREEN_WIDTH，SCREEN_HEIGHT，OLED_MOSI，OLED_CLK，OLED_DC，OLED_RESET，OLED_CS）;

之后，定义连接MQ-135传感器的Arduino引脚。

int sensorIn = A0;

现在，在 setup（） 函数中，以9600的波特率初始化串行监视器，以进行调试。同样，使用 begin（） 函数初始化OLED显示。

Serial.begin（9600）; display.begin（SSD1306_SWITCHCAPVCC）; display.clearDisplay（）;

在 loop（） 函数内部，首先通过调用 AnalogRead（） 函数在Arduino的Analog引脚上读取信号值。

val = AnalogRead（A0）; Serial.print（“ raw =”）;

然后在下一行中，调用 gasSensor.getPPM（） 以计算PPM值。使用负载电阻R ₀和模拟引脚的读数来计算PPM值。

浮点ppm = gasSensor.getPPM（）; Serial.print（“ ppm：”）; Serial.println（ppm）;

之后，使用 setTextSize（） 和 setTextColor（） 设置文本大小和文本颜色。

display.setTextSize（1）; display.setTextColor（WHITE）;

然后在下一行中，使用 setCursor（x，y） 方法定义文本开始的位置。然后使用 display.println（） 函数在OLED显示屏上打印CO2值。

display.setCursor（18,43）; display.println（“ CO2”）; display.setCursor（63,43）; display.println（“（PPM）”）; display.setTextSize（2）; display.setCursor（28,5）; display.println（ppm）;

最后，调用 display（） 方法以在OLED Display上显示文本。

display.display（）; display.clearDisplay（）;

测试MQ-135传感器的接口

一旦硬件和代码准备就绪，就可以测试传感器了。为此，将Arduino连接到笔记本电脑，选择Board和Port，然后单击上载按钮。然后打开串行监视器，等待一段时间（预热过程），然后您将看到最终数据。这些值将显示在OLED显示屏上，如下所示：

这就是MQ-135传感器可用于测量空气中准确的CO2的方式。完整的MQ135空气质量传感器Arduino代码和工作视频如下。如果您有任何疑问，请在评论部分中保留。