آموزش راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ2 با آردوینو

حتما به فکر راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ2 با آردوینو افتاده‌اید و به همین دلیل اینجا هستید. پس همراه ما باشید تا راه اندازی این سنسور را به‌طور کامل فرابگیرید.

شاید شما حس بویایی قوی داشته باشید و به محض پخش شدن گاز در محیط بوی آن را تشخیص دهید. سنسور دود و گاز MQ2 نیز دقیقا مانند حس بویایی قوی شما عمل می‌کند. این سنسور قادر است دود، الکل، پروپان، هیدروژن، متان و غلظت مونوکسید کربن موجود در هوا را تشخیص دهد. به همین دلیل، اگر می‌خواهید کیفیت هوای داخل اتاق خود را کنترل کنید یا به دنبال راه اندازی یک سیستم اعلام حریق هستید، سنسور دود و گاز MQ2 یک انتخاب عالی برای شما خواهد بود.

در ادامه بیشتر با این سنسور آشنا خواهید شد.

سنسور گاز MQ2 چيست؟

سنسور MQ2 يکی از متداول‌ترين سنسورهای گاز در سری سنسورهای MQ است. اين سنسور به‌‎صورت يک نيمه هادی اكسيد فلزی (MOS) است و با نام مقاومت شيميايی (Chemiresistor) نیز شناخته می‌شود. دلیل گذاشتن چنین اسمی برای این سنسور این است که مقاومت الكتريكی سنسور، هنگام عبور گاز از آن تغيير می‌كند. بر همین اساس، با استفاده از يک مدار تقسيم ولتاژ ساده، می‌توان غلظت گاز را تشخیص داد.

ولتاژ کاری سنسور MQ2، پنج ولت dc و توان مصرفی آن در حدود 800 ميلی وات است. اين سنسور قابليت تشخيص LPG، دود، الكل، پروپان، هيدروژن، متان و غلظت مونوكسيد كربن را در رنج 200ppm تا 10000 دارد. مشخصات كامل اين سنسور را می‌توانید در جدول زیر مشاهده کنید:

ساختار داخلی ماژول سنسور تشخیص دود و گاز MQ2

در اینجا پیش از اینکه راه اندازی سنسور گاز و دود MQ2 با آردوینو را آغاز کنیم، ساختار داخلی این سنسور را همراه با اجزای مختلف آن بررسی می‎کنیم. بدنه اين سنسور در حقيقت از دو لايه توری فولادی (كه اصطلاحا شبكه توری ضد-انفجار ناميده می‌شود) تشكيل شده است. در زمان اندازه‌گیری گازهای قابل اشتعال، وجود چنین ساختاری مانع از انفجار المان حرارتی داخل سنسور می‌شود.

به علاوه، این ساختار محافظ سنسور است و با فیلتر کردن مواد مختلفی که در هوا وجود دارد، تنها به گازها اجازه ورود می‌دهد. توری که در این سنسور وجود دارد با یک حلقه مسی، سایر قسمت‌های بدنه سنسور را پوشانده است.  

اگر این توری سنسور را بردارید، با شکل بالا رو به رو خواهید شد. المان حسگر و شش پایه آن بر روی سطحی از جنس باکالیت يک ساختار ستاره‌ای را شکل داده است. دو پایه از این شش پایه (H) مسئول گرم كردن المان حسگر هستند و با يک سیم پیچ از جنس نيكل-كروم كه يک آلياژ رسانای شناخته شده است، به هم متصل شده‌اند.

چهار پایه باقی‌مانده (A &B) نیز مسئول انتقال سیگنال خروجی حسگر از طریق سیم‌های پلاتین هستند. این سیم ها به بدنه المان حسگر متصل شده‌اند و كوچک‌ترين تغييرات جريان عبوری از المان حسگر را منتقل می‌كنند.

المان حسگر از سراميكی بر پايه اكسيد آلومينيم (AL₂O₃) ساخته شده است و روکشی از جنس دی اكسيد روی (SnO₂) دارد. دی اكسيد روی مهمترين ماده حساس به گازهای قابل اشتعال است، اما پايه سراميكی تنها قادر است بازده حرارتی را افزايش ‌دهد و وجود دمای ثابت در محيط سنسور را تضمین کند.

به همین دلیل، سیم پیچ گرمایی نیکل کروم و سرامیک اکسید آلومینیوم، یک سیستم حرارتی را تشکیل می‌دهند، درحالی‌که سیم‌های پلاتین و پوشش اکسید روی، یک سیستم حسگر را ایجاد می‌کنند.

در بخش بعدی به بررسی نحوه عمکرد سنسور دود و گاز MQ2 می‌پردازیم.

سنسور دود و گاز چگونه كار می‌كند؟

هنگامی‌كه دی اكسيد روی (ذرات نيمه هادی) در معرض هوا و در دما بالا حرارت داده می‌شود، اکسیژن جذب سطح حسگر می‌شود. در هوای تمیز (هوای خالص بدون گازهای اضافی)، الكترون‌های آزاد دی اكسيد روی، به سمت اكسيژن که قبلا جذب سطح المان حسگر شده‌اند، کشیده می‌شوند. این اتفاق مانع عبور جریان الکتریکی خواهد شد. با حضور گازهای محلول در هوا، چگالی اكسيژن جذب شده بر روی سطح حسگر كم می‌شود. در نتيجه، الكترون‌ها در دی اكسيد روی آزاد می‌شوند و امکان عبور جريان الكتريكی در سنسور را فراهم می‌کنند. 

بررسی سخت افزاری ماژول سنسور تشخیص گاز و دود MQ2

در اینجا باهم نگاهی به قسمت‌های مختلف ماژول سنسور دود و گاز MQ2 می‌اندازیم. از آنجایی‌که سنسور MQ2 را به دلیل شکل پایه‌هایش نمی‌توانید بر روی برد بورد نصب کنید، بهتر است از ماژول سنسور دود و گاز MQ2 استفاده کنید. البته علاوه بر این، می‌توانید سنسور تشخیص گاز MQ-2 و برد مخصوص سنسورهای MQ را تهیه و سپس آن را به‌هم متصل کنید.

ماژول سنسور دود و گاز MQ2 دارای دو خروجی آنالوگ و دیجیتال است. یک خروجی سنسور وجود گاز را تشخیص می‌دهد و خروجی دیگر، میزان غلظت گاز محلول در هوا را به‌صورت یک سیگنال آنالوگ به شما نشان می‌دهد.

تغييرات ولتاژ خروجی آنالوگ سنسور متناسب با غلظت دود و گاز موجود در هوا است. هر چقدر غلظت گاز يا دود بيشتر باشد، ولتاژ خروجی سنسور نیز بزرگتر خواهد بود، درحالی‌که غلظت پایین گاز یا دود، منجر به ولتاژ خروجی کمتری می‌شود. در انيميشن زير می‌توانید ارتباط بين غلظت گاز و ولتاژ خروجی سنسور را مشاهده کنید.

خروجی آنالوگ سنسور گاز MQ2 به يک مقايسه كننده دقیق LM393 (که در پایین ماژول قرار دارد) داده می‌شود تا آن را به یک سيگنال ديجيتال تبديل کند. با استفاده از پتانسيومتر نیز می توانید حساسيت سنسور را تنظيم کنید و ميزان غلظت مورد نظر برای تشخیص گاز را تعيين نمائيد.

نکته:

كاليبراسيون ماژول سنسور دود و گاز MQ2

برای كاليبراسيون سنسور MQ2 كافی است آن را در مجاورت دود يا گازی كه قصد آشكارسازی آن را داريد، قرار دهيد و پتانسيومتر ماژول را آرام آرام بچرخانيد تا نشانگر قرمز LED روی ماژول روشن شود. برای افزايش حساسيت می‌توانيد پتانسيومتر را در جهت ساعتگرد و برای كاهش حساسيت می‌توانيد آن را در جهت خلاف عقربه‌های ساعت بچرخانيد.

مقايسه كننده‌ای که بر روی ماژول قرار دارد، دائما مقدار پين آنالوگ (A0) را چک می‌کند و آن را با سطح آستانه (كه توسط پتامسيومتر مشخص شده است) مقايسه می‌كند. هنگامی‌‎كه سطح سيگنال آنالوگ از حد آستانه عبور كند، پين ديجيتال D0 دارای مقدار High خواهد شد و LED را روشن می‌كند. اين ساختار، برای مواقعی‌که می‌خواهید عملی پس از رسیدن به حد آستانه انجام شود، بسیار مفید خواهد بود. به عنوان مثال، هنگامی‌كه ميزان دود از حد خاصی بیشتر شود، شما می‌توانيد یک رله را خاموش یا روشن کنید یا به ربات خود فرمان دهید تا آبپاش خود را روشن کند. مطمئنا لب کلام را فهمیده‌اید‍!

پایه‌های ماژول سنسور تشخیص گاز MQ2

بیایید در اینجا نگاهی به پایه‌های ماژول سنسور گاز MQ2 بیندازیم.

VCC پایه تغذیه ماژول است.

GND پایه زمين است و به زمين آردوينو متصل می‌شود.

D0 وجود یا عدم وجود گاز را نشان می‌دهد.

A0 سيگنال ولتاژ خروجی آنالوگ را متناسب با غلظت دود و گاز نشان می‌دهد.

سیم کشی – راه اندازی ماژول سنسور تشخیص گاز و دود MQ2 با آردوینو

اكنون شما در مورد این سنسور اطلاعات کافی به دست آورده‌اید. بنابراین، در این بخش راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ2 با آردوینو را شروع می‌کنیم. مسلما برای این کار به یک سری قطعات و لوازم نیاز دارید که در ادامه آن‌ها را برای شما لیست کرده‌ایم:

• ماژول سنسور تشخیص دود و گاز MQ2
• مینی برد بورد 170 سوراخ
• ماژول آردوینو UNO R3 CH340G
• سیم برد بوردی

اتصال این ماژول به آردوینو بسیار ساده است. در مرحله اول، سنسور را بر روی برد قرار دهيد و پين VCC و GND را به ترتيب به 5 ولت و زمين آردوينو وصل كنيد.

در مرحله دوم، پين خروجی D0 ماژول را به پين ديجيتال شماره 8 آردوينو و پين خروجی A0 ماژول را به پين آنالوگ 0 آردوينو متصل کنید. شكل مدار شما باید مشابه تصویر زیر باشد:

 
سیم‌کشی سنسور دود MQ2 به آردوینو به پایان رسید. اما در بخش بعدی شما باید کد آردوینو را آپلود و نتیجه آن را بررسی کنید. 

كد آردوينو

کدی که قرار است برای راه اندازی این سنسور استفاده کنید، بسیار ساده است، زیرا به صورت مداوم تنها مقدار ولتاژ آنالوگ پين A0 ماژول را می‌خواند. علاوه بر این، زمانی که گاز یا دود تشخیص داده شود، پیامی را بر روی سریال مانیتور نمایش می‌دهد.

اگر همراه با مقاله پیش می‌روید، ابتدا نمونه کد زیر را آپلود کنید. زیرا در بخش بعدی این کد را خط به خط بررسی خواهیم کرد.

#define MQ2pin (0)

float sensorValue;  //variable to store sensor value

void setup()
{
  Serial.begin(9600); // sets the serial port to 9600
  Serial.println("Gas sensor warming up!");
  delay(20000); // allow the MQ-6 to warm up
}

void loop()
{
  sensorValue = analogRead(MQ2pin); // read analog input pin 0
  
  Serial.print("Sensor Value: ");
  Serial.print(sensorValue);
  
  if(sensorValue > 300)
  {
    Serial.print(" | Smoke detected!");
  }
  
  Serial.println("");
  delay(2000); // wait 2s for next reading
}

با آپلود کد بالا، خروجی همانند تصویر زیر بر روی سریال مانیتور خود دریافت خواهید کرد:

توضيح كد

کد بالا، با تعريف شماره پایه‌ای كه خروجی آنالوگ ماژول به آن متصل شده است، آغاز می‌شود. علاوه بر این، برای ذخيره مقادير سنسور، متغيری با نام sensorValue نیز تعريف می‌کند.

#define MQ2pin (0)
float sensorValue;  //variable to store sensor value

در تابع setup، باید ارتباط سريال با كامپيوتر را مقداردهی کنید و يک تاخير 20 ثانيه‌ای برای گرم شدن سنسور لحاظ کنید.

Serial.begin(9600); // sets the serial port to 9600
Serial.println("Gas sensor warming up!");
delay(20000); // allow the MQ-6 to warm up

در تابع loop، مقدار سنسور با استفاده از تابع ()analogRead  خوانده و بر روی مانيتور سريال نمايش داده می‌شود.

sensorValue = analogRead(MQ2pin); // read analog input pin 0  
Serial.print("Sensor Value: ");
Serial.print(sensorValue);

هنگامی‌كه غلظت دود به اندازه كافی بالا برود، خروجی سنسور معمولا بيشتر از 300 خواهد بود. شما می‌‎توانید این مقدار را در بخش if تنظیم کنید و زمانی‌که مقدار سنسور بیش از 300 شد، پیام !Smoke Detected (دود تشخیص داده شد!) را نمایش دهید.

  if(sensorValue > 300)
  {
    Serial.print(" | Smoke detected!");
  }

امیدواریم با این مقاله توانسته باشید، ماژول سنسور دود MQ2 را به‌راحتی با آردوینو راه اندازی کنید و قدرت بویایی این سنسور را از نزدیک ببینید! اگر به اطلاعات بیشتری نیاز داشتید، حتما روی ما حساب کنید و با ارائه پیشنهادات و انتقادات خود به بهتر شدن ما کمک کنید.