راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو

ارسال توسط

در تاریخ 2023/05/09

امروزه گازهای طبیعی در همه جا وجود دارند و با توجه به قابلیت انتقال آسان آنها، می‌توان از این گازها در منازل، کارخانجات و صنایع استفاده کرد. با این حال، خطر آتش‌سوزی و اشتعال همیشه احساس می‌شود. در اینجاست که باید پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو را آموخت و به این وسیله اقدام به تشخیص گاز شهری با آردوینو و سنسور MQ5 کرد.

سنسور گاز و دود MQ5 می‌تواند گازهای قابل اشتعال LPG، H2، CH4 و CO را تشخیص دهد.

لوازم مورد نیاز برای پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو

آشنایی با پین‌های MQ5 پیش از شروع پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو

VCC: تأمین انرژی
GND: اتصال به زمین
DOUT: ارائه داده‌ها به صورت دیجیتالی
AOUT: ارائه داده‌ها به صورت آنالوگ

آشنایی با بخش‌های مختلف MQ5 قبل از آغاز پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو

سنسور MQ5 در میان افراد مبتدی و آماتور از محبوبیت بسیار بالایی برخوردارست زیرا می‌تواند در اکثر پروژه‌های آردوینو گازهای قابل اشتعال را تشخیص دهد. از طرفی، این سنسور بسیار ارزان بوده و کاربری آسانی دارد و قادرست وجود گازهای زیادی را شناسایی کند و امکان تعیین میزان حساسیت آن نیز فراهم است. در ادامه تصویری از بخش‌های مختلف MQ5 را مشاهده می‌کنید.

روی این سنسور ماژول چهار پین وجود دارد که دو عدد از آنها VCC و GND هستند. همچون سایر ماژول‌های مشابه، MQ5 نیز دو پین دارد که می‌توانند به صورت همزمان داده‌های دیجیتال و آنالوگ ارائه کنند.

به خاطر اینکه ولتاژ کاری این ماژول 5 ولت با دقت 0.1 درصد است، به منظور تأمین نیروی این محصول از پین پاور و 5 ولتی آردوینو بهره می‌بریم. همان‌طور که در تصاویر این ماژول می‌بینید، روی آن دو LED وجود دارد. LED پاور زمانی روشن می‌شود که به ماژول انرژی لازم وارد شده و DOUT LED نیز در مواقعی روشن خواهد شد که مقادیر گازهای شناسایی شده با مقدار مشخص شده برای پتانسیومتر برابری کرده و یا بیشتر است. بد نیست به این موضوع اشاره کنیم که سیگنال آنالوگ وارد شده از سنسور گاز، با مقایسه‌گر روی برد به سیگنال دیجیتالی تبدیل می‌گردد.

سنسور گاز و دود MQ5 چگونه کار می‌کند؟

برای تشخیص درست گازهای قابل اشتعال، سنسور گاز و دود MQ5 به یک المان گرمایی مجهز شده است. البته نزدیک کردن یک منبع گرما به سنسور شاید خطرناک و آسیب‌رسان باشد به همین خاطر این سنسور یک شبکه ضد انفجار دارد که از دو لایه بسیار نازک استیل ضد زنگ تشکیل شده است. ضمناً، المان گرمایی در همین بخش قرار دارد.

تنها اجزای گازی که در محیط اطراف وجود دارند از درون این شبکه عبور می‌کنند بنابراین خاک و گرد و غبار از این بخش وارد نخواهد شد. همان‌طور که در عکس زیر می‌بینید، وقتی این سنسور را باز می‌کنیم، دو بخش را شاهد خواهید بود. المان گرمایی از یک سیم نیکروم تشکیل شده حال آنکه المان تشخیص‌دهنده سیم پلاتینوم، یک لایه پوششی روی دارد. ضمن اینکه پوشش استیل ضد زنگ نیز در ادامه قابل مشاهده است.

وقتی پوشش استیل ضد زنگ را برمی‌دارید، سنسور را مانند تصویر بالا خواهید دید. پین‌های شبیه ستاره این سنسور با وصل شدن به المان‌های تشخیص‌دهنده و گرمایی ایجاد شده‌اند. پوشش پشتی مشکی رنگ زیر پین‌ها نیز به خوبی قابل مشاهده است.

آماده‌سازی MQ5 برای پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو

برای اینکه بتوانیم از یک سنسور تشخیص گاز و دود مانند MQ5 استفاده کنیم، باید حتماً مرحله آماده‌سازی آن را انجام دهیم. دیتاشیت این ماژول عنوان می‌کند که باید به مدت 24 ساعت در مرحله آماده‌سازی باشد اما آیا این به معنای لزوم روشن ماندن این ماژول به مدت یک روز کامل است؟

در پاسخ باید بگوییم خیر. برای اینکه مطابق اطلاعاتی که در دیتاشیت آمده عمل کرده و سنسور را برای فعالیت آماده کنیم، می‌بایست آن را به مدت 24 ساعت به صورت مداوم به کار بگیریم. با این حال، به خاطر ابعاد کوچکی که این سنسور دارد، پس از 30 دقیقه هم می‌توان انتظار عملکرد درست را از این سنسور داشت.

در سمت دیگر، چنان‌چه می‌خواهید داده‌هایی که به دست می‌آورید به صورت 100 درصدی درست باشند، باید 24 ساعت قبل از شروع پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو، این حسگر را آماده کنید. همچنین، این سنسور در این مدت زمان باید کالیبره شود و مقادیری مانند دما، رطوبت و . . . نیز اندازه‌گیری گردد.

MQ5 می‌تواند گازها را بر واحد PPM تشخیص دهد. باید به خاطر داشت که شناسایی بخار و اندازه‌گیری آن بر واحد نامبرده دو مقوله کاملاً متفاوت هستند. تمرکز اصلی این مطلب روی تشخیص گازهای قابل اشتعال و راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو می‌باشد.

نحوه استفاده از MQ5 برای تشخیص گازهای قابل اشتعال

همان‌طور که در گیف بالا می‌بینید، یک اسپری حاوی گاز LPG فشار داده می‌شود و مقداری از این گاز را در محیط پخش می‌کند. زمانی که اسپری دفعه دوم و سوم فشار داده شد، طبیعتاً مقدار گاز خروجی و ولتاژ خروجی نیز مطابق تصویر مولتی‌متر دیجیتال افزایش می‌یابد. زمانی که LED سبز رنگ ماژول به آن کف تعیین شده اولیه رسید (قابل تنظیم با پتانسیومتر)، روشن می‌شود.

نحوه محاسبه مقدار گاز بر واحد PPM

MQ5 مجهز به یک سنسور فوق دقیق و کالیبره شده است که برای تشخیص گازهای قابل اشتعال بر واحد PPM فعالیت می‌کند اما برای آشنایی با نحوه کارکرد آن، می‌بایست ابتدا ویژگی‌های حساسیتی MQ5 که در دیتاشیت آن آمده را بشناسید.

RS همان مقاومت سنجشی در نمودار لگاریتمی گازها می‌باشد. RS هوای پاک R0 است اما از آن جایی که MQ5 برای تشخیص گازهای قابل اشتعال به کار می‌رود و نسبت به دود و الکل حساسیت زیادی ندارد، با توجه به مقدار گاز موجود در هوا، مقاومت آن تغییر می‌کند.

آشنایی با شماتیک MQ5 پیش از شروع پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو

شماتیک سنسور MQ5 در تصویر زیر آمده است. شیوه طراحی این ماژول ساده بوده و از چند قطعه تشکیل شده است. اگر برای ساخت این مدار عجله دارید، می‌توانید از عکس راهنمای زیر بهره ببرید.

در این شماتیک، یک مقایسه‌گر LM393 وجود دارد که کم مصرف است و برای فعالیت به ولتاژ تغذیه 5 ولت نیاز خواهد داشت. البته مدار را نمی‌توان با ولتاژ 3.3 ولت فعال کرد زیرا حداقل ولتاژ کاری MQ5 برابر با 5 ولت است. در واقع مهمترین کاربرد LM393 تبدیل سیگنال ورودی آنالوگ به سیگنال خروجی دیجیتال می‌باشد.

جدای از این مورد، MQ5 یک پتانسیومتر 10 کیلو اهم برای تنظیم حساسیت ولتاژ کاری دارد. در کنار این موارد، دو LED هم حضور یافته‌اند که اولی LED پاور و دومی LED فعالساز می‌باشند. وقتی انرژی لازم وارد بورد می‌شود، LED پاور و وقتی مقدار گازها به کف مقدار اولیه می‌رسد، LED فعالساز روشن می‌گردد. در نهایت، این بورد دو خازن جهت کاهش نویز دارد.

سیم‌کشی مدار پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو

حال که فهمیدیم ماژول سنسور گاز و دود MQ5 چگونه کار می‌کند، می‌توانیم تمامی اتصالات آن را با آردوینو برقرار کنیم. در اینجا کار خود را از اجزای آنالوگ آغاز خواهیم کرد و مرحله به مرحله سراغ اجزای دیجیتال می‌رویم.

برای استفاده از سنسور، ابتدا آن را روشن می‌کنیم. پین‌های VCC و GND بورد آردوینو Uno به کار رفته‌اند و پین خروجی سنسور به پین A0 آردوینو وصل شده است.

در مدار پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو یک LED و یک بازر را به پین شماره 7 آردوینو و پین آنالوگ را به پین A0 آردوینو وصل کرده‌ایم. ضمن اینکه پین اتصال به زمین (GND) هم با LED، سنسور و بازر مشترک است. می‌خواهیم آردوینو را به گونه‌ای تنظیم کنیم که وقتی MQ5 گازی را تشخیص داد، LED و بازر را روشن کند.

برای انجام این کار، فقط کافی است خروجی سنسور را به هر کدام از پین‌های دیجیتالی آردوینو وصل کنید و منتظر پالس زیاد باشید. چنان‌چه آردوینو پالس زیاد را شناسایی کرد، گاز تشخیص داده شده در غیر این صورت گازی وجود ندارد.

کدنویسی پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو

کدنویسی این پروژه آردوینو بسیار ساده است. ما در اینجا صرفاً داده‌های آنالوگ سنسور را دریافت کرده و LED و بازر را خاموش و روشن می‌کنیم. توجه داشته باشید که فقط داریم داده‌های آنالوگ دریافتی از سنسور را پردازش می‌کنیم و LED داخلی خودِ ماژول هم روشن می‌شود تا به ما بگوید داده دیجیتالی وجود دارد.

در اینجا دو دستور تعیین می‌کنیم؛ اول برای پین خروجی شماره 7 و دوم برای ورودی آنالوگ سنسور با پین A0.

				
					#define ledPin 7
#define Sensor A0

پین‌ها را به گونه‌ای تنظیم می‌کنیم تا ورودی را از سنسور و خروجی را از آردوینو بگیریم تا LED و بازر بتوانند با پین شماره 7 آردوینو ارتباط برقرار کنند.

				
					{
  pinMode(sensor, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

همان‌طور که گفتیم، سنسور MQ5 باید مدتی آماده به کار بماند تا بتواند داده‌های دقیقی به ما بدهد. این قسمت از کدنویسی همه کارها را به مدت 20 ثانیه متوقف می‌کند تا سنسور آماده شود.

				
					 Serial.println("MQ5 Heating Up!");
  delay(20000); // allow the MQ5 to warm up

این قسمت از کدهای پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو، داده‌ها را از پین آنالوگ ماژول سنسور می‌خواند و آنها را در سریال مانیتور نمایش می‌دهد.

				
					gas_value = analogRead(sensor);
   Serial.print("Sensor Value:");
 Serial.println(gas_value);

چنان‌چه مقادیر مربوط به سنسور از 250 فراتر رفت، LED و بازر روشن می‌شوند و هشدار می‌دهند که گاز در محیط پخش شده است.

				
					if (gas_value > 250) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  }
  else{
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }

مرحله نهایی پروژه راه اندازی ماژول سنسور گاز و دود MQ5 با آردوینو

در گیف زیر، نحوه فعالیت سنسور MQ5 در یک پروژه را مشاهده می‌کنید. زمانی که خبری از گاز بوتان در محیط نیست، چراغ LED خاموش است ولی وقتی مقدار کمی گاز در محیط توسط یک فندک پخش می‌شود، LED نیز روشن خواهد شد زیرا کدهای مربوط به این اتفاق را نوشته‌ایم.