- MQ系列气体传感器
- 准备硬件：
- 从MQ气体传感器测量PPM的方法：
- 计算洁净空气中的Ro值：
- 测量Rs的值：
- 将Rs / Ro比率与PPM相关联：
- 使用MQ传感器计算PPM的程序：
- 在具有Arduino和MQ-137的硬件上显示PPM值：
从工业时代开始，我们人类一直在迅速发展。随着每一项进展，我们也污染了我们的环境，并最终使其恶化。现在，全球变暖已成为一个令人震惊的威胁，甚至我们呼吸的空气也变得至关重要。因此，空气质量监测也开始变得越来越重要。因此，在本文中，我们将学习如何在Arduino上使用任何MQ系列气体传感器，并以PPM（百万分之一）显示输出。PPM也以毫克每升（mg / L）表示。这些传感器通常可用，并且对于测量如下所示的不同类型的气体也很可靠
MQ系列气体传感器
- 二氧化碳（CO2）：MG-811
- 一氧化碳（MQ-9）
- 总挥发性有机化合物（TVOC）：CCS811
- 等效二氧化碳（eCO2）：CCS811
- 金属氧化物（MOX）：CCS811
- 氨水：MQ-137
- 空气质量：MQ-135
- 液化石油气，酒精，烟气：MQ2
我们已经将MQ2用于烟雾感测，并将MQ-135用于空气质量监控项目。在这里，我将使用sainsmart的MQ-137传感器来测量以ppm为单位的氨。握住传感器后，我仔细阅读了所有可用的教程，发现没有适当的文档说明如何测量ppm气体。大多数教程要么只处理模拟值，要么介绍一些常数，这些常数对于测量所有类型的气体都不可靠。因此，在网上闲逛了很长时间之后，我终于找到了如何使用这些MQ系列气体传感器通过Arduino测量ppm。我正在从底部开始解释所有库，以便您可以将本文用于任何可用的气体传感器。
准备硬件：
MQ气体传感器既可以作为模块购买，也可以单独购买。如果您的目的是仅测量ppm，那么最好单独购买传感器，因为该模块仅适用于数字引脚。因此，如果您已经购买了模块，则必须执行一个小技巧，这将在后面进行讨论。现在，假设您已经购买了传感器。传感器的引脚和连接如下所示
如您所见，您只需要将“ H”的一端连接到电源，并将“ H”的另一端接地。然后合并两个A和两个B。将一组连接到电源电压，另一组连接到模拟引脚。电阻R L在使传感器工作中起着非常重要的作用。因此，请记下您使用的是哪个值，建议使用47k的值。
如果您已经购买了模块，则应跟踪PCB走线，以找到电路板上R L的值。Grauonline已经为我们完成了这项工作，MQ气体传感器板的电路图如下所示。
如您所见，电阻器R L（R2）连接在Aout引脚和地之间，因此，如果您有模块，则可以使用万用表在电阻模式下通过Vout引脚和Vcc引脚之间的电阻模式来测量R L的值。模块。在我的sainsmart MQ-137气体传感器中，RL的值为1K，位于下图所示的位置。
但是，该网站声称它提供了一个可变电位计R L，正如您在电路图中可以清楚地看到的那样，这是不正确的，该电位计用于设置运算放大器的可变电压，而与R L无关。因此，我们必须手动焊接上面显示的SMD电阻器（1K），并且必须在接地和Vout引脚两端使用自己的电阻器，该引脚将充当RL。数据表建议的RL最佳值为47K，因此我们将使用相同的值。
从MQ气体传感器测量PPM的方法：
现在我们知道R L的值，让我们继续如何实际测量这些传感器的ppm。像所有传感器一样，开始的地方是其数据表。这里提供了MQ-137数据表，但请确保您找到适合传感器的正确数据表。在数据表内，我们仅需要一张将相对于（Rs / Ro）VS PPM绘制的图形，这就是我们计算所需的图形。因此，请抓住它并放在方便的地方。我的传感器的一个如下所示。
事实证明，MQ137传感器可以测量NH3，C2H6O甚至CO。但是，在这里我只对NH3的值感兴趣。但是，您可以使用相同的方法为所需的任何传感器计算ppm。该图是我们找到ppm值的唯一来源，如果我们能够以某种方式计算Rs / Ro的比例（X轴），我们可以使用此图来找到ppm值（Y轴）。要找到Rs / Ro的值，我们需要找到Rs的值和Ro的值。其中Rs是气体浓度下的传感器电阻，Ro是干净先生的传感器电阻。
是的…这是计划，让我们看看如何摆脱这个…。
计算洁净空气中的Ro值：
请注意，在图表中Rs / Ro的值对于空气是恒定的（蓝色粗线），因此我们可以利用它来取得优势，并说当传感器在新鲜空气中工作时，Rs / Ro的值将为3.6，请参见图片下面
Rs / Ro = 3.6
从数据表中，我们还可以获得计算Rs值的公式。公式如下所示。如果您想知道如何推导此公式，可以通过jay con系统阅读，我也想感谢他们帮助我解决了这个问题。
在这个公式中，Vc的值是我们的电源电压（+ 5V），R L的值是我们已经计算出的值（对于我的传感器为47K）。如果我们编写一个小的Arduino程序，我们还可以找到V RL的值，最后计算Rs的值。我在下面给出了一个Arduino程序，该程序读取传感器的模拟电压（V RL），并使用此公式计算Rs的值，最后将其显示在串行监视器中。该程序通过注释部分得到了很好的解释，因此为了使本文简短，我在此跳过其解释。
/ * *在新鲜空气条件下测量已知RL的R0值的程序*程序：B.Aswinth Raj *网站：www.circuitdigest.com *日期：28-12-2017 * / //此程序效果最佳在温度为20°C，湿度为65％，O2浓度为21％并且Rl值为47K的新鲜空气室中#define RL 47 //电阻RL的值为47K void setup（）//仅运行一次{Serial.begin（9600）; //初始化用于显示值的串行COM} void loop（）{float Analog_value;浮动VRL;浮动卢比；浮Ro; for（int test_cycle = 1; test_cycle <= 500; test_cycle ++）//读取传感器的模拟输出200次{Analog_value = Analog_value + AnalogRead（A0）; //添加200的值} Analog_value = Analog_value / 500.0; //取平均VRL = Analog_value *（5.0 / 1023.0）;//将模拟值转换为电压// RS =（（Vc / VRL）-1）* RL是我们从数据表中获得的公式Rs =（（5.0 / VRL）-1）* RL; //我们从数据表的图表Ro = Rs / 3.6获得的RS / RO为3.6; Serial.print（“ Ro at新鲜空气=”）; Serial.println（Ro）; //显示计算出的Ro delay（1000）; //延迟1秒}
注意： Ro的值将变化，允许传感器至少预热10小时，然后使用Ro的值。
我总结Ro的值是30 KΩ为我的传感器（当R大号是47kΩ的）。您的可能会略有不同。
测量Rs的值：
现在我们知道Ro的值，我们可以使用上述两个公式轻松计算Rs的值。请注意，先前计算的Rs值是针对新鲜空气条件，当空气中存在氨气时，Rs值将不同。计算Rs的值不是一个大问题，我们可以在最终程序中直接注意。
将Rs / Ro比率与PPM相关联：
现在我们知道了如何测量Rs和Ro的值，我们将能够找到其比率（Rs / Ro）。然后，我们可以使用图表（如下所示）关联到相应的PPM值。
尽管NH3线（青色）看起来是线性的，但实际上不是线性的。外观是因为比例尺的外观不均匀。因此，Rs / Ro和PPM之间的关系实际上是对数的，可以用以下等式表示。
log（y）= m * log（x）+ b其中，y =比率（Rs / Ro）x = PPM m =线的斜率b =交点
为了找到m和b的值，我们必须考虑气体管线上的两个点（x1，y1）和（x2，y2）。在这里，我们正在使用氨水，因此我考虑的两个点是上图（标记为红色）中带有红色标记的（40,1）和（100,0.8）。
m = / m = log（0.8 / 1）/ log（100/40）m = -0.243
同样对于（b），让我们从图形中获得（70,0.75）的中点值（x，y），如上图所示（蓝色标记）
b = log（y）-m * log（x）b = log（0.75）-（-0.243）* log（70）b = 0.323
就是这样，我们已经计算了m和b的值，可以使用以下公式将（Rs / Ro）的值等同于PPM
PPM = 10 ^ {/ m}
使用MQ传感器计算PPM的程序：
下面给出了使用MQ传感器计算PPM的完整程序。几条重要的线在下面解释。
之前与该程序继续进行，我们需要在饲料值负载电阻（RL），斜率（m），截距（b）和阻力的新鲜空气（RO）的价值。已经解释了获取所有这些值的过程，所以现在让我们输入它们
#定义RL 47 //电阻RL的值为47K#定义m -0.263 //输入计算的斜率#定义b 0.42 //输入计算的截距#定义Ro 30 //输入找到的Ro值
然后读取传感器两端的电压降（VRL），并将其转换为电压（0V至5V），因为模拟读取将仅返回0到1024之间的值。
VRL = AnalogRead（MQ_sensor）*（5.0 / 1023.0）; //测量压降并转换为0-5V
现在，已经计算出VRL的值，您可以使用上面讨论的公式来计算Rs的值以及比率（Rs / Ro）
比率= Rs / Ro; //找到比率Rs / Ro
最后，我们可以使用对数公式计算PPM并将其显示在串行监视器上，如下所示
双ppm = pow（10，（（（log10（比率）-b）/ m）））; //使用公式来计算ppm Serial.print（ppm）; //显示ppm
在具有Arduino和MQ-137的硬件上显示PPM值：
足够多的理论让我们用传感器和LCD建立一个简单的电路来显示PPM中的气体值。我在这里使用的传感器是MQ137，它可以测量氨气，下面是我设置的电路图。
如电路图所示，连接传感器和LCD，并上传程序末尾给出的代码。您必须如上所述修改Ro值。如果您将4.7K以外的任何其他电阻用作RL，也请更改参数值。
在读取任何读数之前，请保持装置电源至少2小时（建议使用48小时以获得更准确的数值）。此时间称为加热时间，在此期间传感器预热。之后，您应该能够看到PPM的值和LCD屏幕上显示的电压，如下所示。
现在，要确保这些值是否确实与氨的存在有关，让我们将此装置放置在密闭的容器中，并在其中注入氨气以检查该值是否在增加。我没有合适的PPM仪表进行校准，如果有仪表的人可以测试此设置并让我知道，那将是很好的。
您可以观看下面的视频，以检查读数是否根据氨的存在而变化。希望您理解这个概念并喜欢学习。如果您有任何疑问，请将其留在评论部分或获得更详细的帮助，请在此处使用论坛。