كيف يعمل حساس الدخان/الغاز MQ2؟ وربطه مع اردوينو

امنح مشروعك التالي بالـ Arduino أنفًا لشم الغازات باستخدام حساس الغاز MQ2. هذا حساس قوي للغاز مناسب لاستشعار تركيزات غاز البترول المسال ، الدخان ، الكحول ، البروبان ، الهيدروجين ، الميثان وأول أكسيد الكربون في الهواء. إذا كنت تخطط لإنشاء نظام داخلي لمراقبة جودة الهواء ؛ مدقق التنفس أو نظام الكشف المبكر عن الحريق ، وحدة استشعار الغاز MQ2 هي خيار رائع.

ما هو حساس الغاز MQ2؟

MQ2 هو أحد أجهزة استشعار الغاز شائعة الاستخدام في سلسلة حساسات MQ. وهو عبارة عن حساس غاز من نوع أشباه المعادن بأكسيد معدني (MOS) والمعروف أيضًا باسم Chemiresistors لأن الكشف يعتمد على تغيير مقاومة مادة الاستشعار عندما يتلامس الغاز مع المادة. باستخدام شبكة مقسم جهد بسيطة يمكن اكتشاف تركيزات الغاز.

يعمل مستشعر الغاز MQ2 على التيار المستمر بجهد 5 فولت ويستهلك حوالي 800 ميجاوات. يمكنه اكتشاف تركيزات غاز البترول المسال ، الدخان ، الكحول ، البروبان ، الهيدروجين ، الميثان وأول أكسيد الكربون في أي مكان من 200 إلى 10000 جزء في المليون.

ماذا يساوي 1 (ppm) جزء من المليون؟

عند قياس الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين أو الميثان ، يتم استخدام مصطلح التركيز لوصف كمية الغاز من حيث الحجم في الهواء.
 وحدتا القياس الأكثر شيوعًا هما الأجزاء لكل مليون ، وتركيز النسبة المئوية.
ppm (إختصار جزء في المليون) هي نسبة الغاز إلى آخر. على سبيل المثال ، يعني 1000 جزء من المليون من ثاني أكسيد الكربون أنه إذا أمكنك حساب مليون جزيء غاز ، فسيكون 1000 جزء منها من أول أكسيد الكربون و 999 ألف جزيء من الغازات الأخرى.

المواصفات الكاملة

مواصفات حساس الغاز MQ2 

Operating voltage	5V
Load resistance	20 KΩ
Heater resistance	33Ω ± 5%
Heating consumption	<800mw
Sensing Resistance	10 KΩ – 60 KΩ
Concentration Scope	200 – 10000ppm
Preheat Time	Over 24 hour

تلميح

الحساس يستشعر اللغازات المتعددة - لكنه لا يستطيع تحديد ماهية هذه الغازات! هذا امر عادي؛ فمعظم أجهزة استشعار الغاز هي من هذا القبيل. لذلك ، فمن الأفضل لقياس التغيرات في كثافة الغاز المعروفة ، وليس الكشف عن ما هو متغير.

كيف يعمل مستشعر الغاز؟

عندما يتم تسخين ثاني أكسيد القصدير (جزيئات أشباه الموصلات) في الهواء عند درجة حرارة عالية ، يتم امتصاص الأكسجين على السطح. في الهواء النظيف ، تنجذب الإلكترونات المانحة في ثاني أكسيد القصدير نحو الأكسجين الذي يتم امتصاصه على سطح مادة الاستشعار. مما يمنع تدفق التيار الكهربائي.
في حالة وجود غازات مخفضة ، تتناقص الكثافة السطحية للأكسجين الممتص أثناء تفاعلها مع غازات الاختزال. ثم يتم إطلاق الإلكترونات في ثاني أكسيد القصدير ، مما يسمح للتيار بالتدفق بحرية عبر المستشعر.

نظرة عامة على حساس الغاز MQ2

نظرًا لأن MQ2 Gas Sensor غير متوافق مع اللوح ، فنحن نوصي باستخدام هذا اللوح الصغير المفيد. إنه سهل الاستخدام للغاية ويأتي بمخرجين مختلفين. لا يوفر مؤشرًا ثنائيًا عن وجود غازات قابلة للاحتراق فحسب ، ولكنه يوفر أيضًا تمثيلًا تناظريًا لتركيزها في الهواء.
يتغير الجهد الناتج التمثيلي الذي يوفره الحساس بما يتناسب مع تركيز الدخان أو الغاز. كلما زاد تركيز الغاز ، كلما زاد الجهد الناتج ؛ بينما إذا كان تركيز الغاز أقل فالجهد الناتج يكون منخفض.

تقوم الإشارات التناضرية الناتجة من حساس الغاز MQ2 بتغذية LM393 وهو مقارن عالي الدقة  (ملحوم على الجزء السفلي من الوحدة)، وبطبيعة الحال لرقمنة الإشارة. بجانب المقارن هناك مقاومة صغيرة متغيرة يمكنك استعمالها لضبط حساسية الحساس. يمكنك استخدامه لضبط تركيز الغاز التي يكشفها الحساس.

ضبط حساس الغاز MQ2

لضبط حساس الغاز ، يمكنك وضع حساس الغاز بالقرب من الدخان أو الغاز الذي تريد اكتشافه والاستمرار في تشغيل مقياس الجهد حتى يشتغل مصباح الليد الأحمر في الوحدة. قم بإدارة المسمار في اتجاه عقارب الساعة لزيادة الحساسية أو عكس اتجاه عقارب الساعة لتقليل الحساسية.

يتحقق المقارن في الحساس بشكل مستمر مما إذا كان المنفذ (A0) قد وصل إلى القيمة الدنيا التي حددها الجهد. عندما يعبر العتبة ، سيذهب المنفذ (D0) إلى درجة عالية ويضيء مؤشر الليد للتنبيه. يعد هذا الإعداد مفيدًا للغاية عندما تحتاج إلى تشغيل إجراء ما عند الوصول إلى عتبة معينة. على سبيل المثال ، عندما يصل مستوى الدخان العتبة ، يمكنك تشغيل أو إيقاف تشغيل ريلي أو توجيه الروبوت الخاص بك لتصريف الهواء أو رش الماء.

منافذ حساس الغاز MQ2 

الآن دعونا نلقي نظرة على المنافذ.

VCC  إمدادات الطاقة للحساس. يمكنك توصيله بمنفذ 5 فولط الخارج من اردوينو الخاص بك.

 GND  هو المنفذ الأرضي ويجب أن يكون متصلاً بـالمنفذ الأرضي في Arduino.

  D0    يظهر التمثيل الرقمي لوجود غازات قابلة للاحتراق.

  A0    يظهر الجهد الناتج التناظرية الذي يتناسب مع تركيز الدخان أو الغاز.

ربط وحدة استشعار الغاز MQ2 لاردوينو UNO

الآن بعد أن أصبح لدينا فهم كامل لكيفية عمل حساس الغاز MQ2 ، يمكننا أن نبدأ بتثبيته على Arduino!
من السهل جداً توصيل حساس الغاز MQ2 بأردوينو. ابدأ بوضع الحساس على اللوح الخاص بك. قم بتوصيل منفذ الـ VCC إلى منفذ الـ  5 فولط في Arduino وربط منفذ الـ GND بمنفذ الأرضي على Arduino.
قم بتوصيل منفذ الإخراج D0 على الحساس بالمنفذ المرقم بـ8 في Arduino ومنفذ الإخراج  A0  على الحساس بالمنفذ رقم 0 على Arduino.
عندما تنتهي ، يجب أن يكون لديك شيء يشبه الرسم التوضيحي الموضح أدناه.

والآن بعد أن قمنا بتوصيل حساس الغاز الخاص بنا ، فقد حان الوقت لكتابة بعض الأكواد واختباره.

كود اردوينو

الكود بسيط للغاية ويحتفظ فقط بقراءة الجهد الناتج عن المنفذ A0. كما أنه يطبع رسالة على الشاشة التسلسلية عند اكتشاف الدخان.

#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
}

يبدأ الكود عبتحديد منفذ الـArduino الذي يتصل به المنفذ التناظرية لحساس الغاز MQ2. يتم تعريف متغير يسمى sensorValue أيضًا لتخزين قيمة الحساس.

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

في دالة "setup": نقوم بتهيئة الاتصالات التسلسلية مع جهاز الكمبيوتر ثم تنتظر مدة 20 ثانية للسماح للحساس بالتسخين.

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

في دالة "loop" أي دالة التكرار: تتم قراءة قيمة الحساس بواسطة دالة analogRead() وعرضها على الشاشة التسلسلية.

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

عندما يكون تركيز الغاز مرتفعًا بما يكفي ، ينتج الحساس عادةً قيمة أكبر من 300. يمكننا مراقبة هذه القيمة باستخدام العبارة الشرطية " if". وعندما تتجاوز قيمة المستشعر 300 سوف نعرض رسالة 'Smoke Detected!'.

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

وهكذا سيبدو الإخراج على الشاشة التسلسلية:

المصدر: Last minute engineers

الترجمة: CirtaTeam
            cirta2030@gmail.com