💫 👆🏻 🔃 एमक्यू सीरीज़ गैस सेंसर पर डॉटिंग - डेटशीट और ट्यूनिंग की गहरी समझ 😀 👎🏿 👚

एक पैसा गैस रिसाव डिटेक्टर खरीदने के बाद, अलमारियों पर सब कुछ अलग करने और अंदर क्या हो रहा है, यह पता लगाने की इच्छा थी। सेंसर पर बहुत सारी जानकारी और लेख हैं, लेकिन अधिकांश मानक चीनी मॉड्यूल के पिनआउट तक सीमित हैं, कभी-कभी ऑपरेशन के सिद्धांत। वहाँ की जानकारी के पूर्ण मूल्यों के अपेक्षाकृत सटीक निर्धारण के बारे में। आगे देखते हुए, मैं कहूंगा कि हम डेटाशीट से सब कुछ निचोड़ने की कोशिश करेंगे, जिसमें शामिल हैं: "तोते", तापमान और आर्द्रता सुधार, और कुछ चयन संभावनाओं को निर्धारित करने के सटीक कार्य।

उदाहरण के लिए, एक दहनशील गैस सेंसर (मुख्य रूप से मीथेन) MQ-4। संक्षेप में, सेंसर तत्व, अपने रासायनिक गुणों के कारण, विभिन्न गैस सांद्रता में प्रतिरोध को बदलता है, और वोल्टेज विभक्त के एक प्रतिरोधक के रूप में कार्य करता है जिससे हम एडीसी के माध्यम से वोल्टेज मान प्राप्त करते हैं। ये गुण उस तत्व के एक निश्चित तापमान पर प्रकट होते हैं जिसके लिए सेंसर को गर्म किया जाना चाहिए।

ऊपर एक सेंसर और एक विभक्त सर्किट का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व है, जहां एच एक हीटिंग कॉइल है (33 ओम - लगभग 150 एमए, धाराएं नियंत्रकों के साथ शिल्प के लिए बहुत बड़ी हैं, पावर सर्किट डिजाइन करते समय इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए), ए वी गैस संकेतन के आधार पर विनिमेय प्रतिरोध के साथ एक संवेदनशील तत्व के आउटपुट हैं। , RL डेटाशीट द्वारा अनुशंसित दूसरा विभक्त अवरोधक है - 20 kOhm।

ADC संदर्भ वोल्टेज (Vref) चुनने पर टिप्पणी

Hanwei Vc = 5 , Winsen – Vc < 24 . , 3.3 , , . 5 .

ADC को पीपीएम में बदलें

एडीसी विभक्त के आउटपुट पर, हम वोल्टेज मान (यूएडीसी) लेते हैं, जिसके आधार पर हम सेंसर प्रतिरोध रुपये (विभक्त आरएल के दूसरे रोकनेवाला के मूल्य को जानकर) की गणना कर सकते हैं, अर्थात यह निर्धारित करें कि सेंसर वास्तव में हमें क्या प्रसारित करता है:

R s = (V r e f \times R L) / U a d c - R L

$Rs = (Vref ×RL) / Uadc-RL$

रुपये के मूल्य के साथ, हम पहले से ही डेटाशीट से ग्राफ के अनुसार गैस एकाग्रता का निर्धारण कर सकते हैं। एकाग्रता का निर्धारण करने के लिए एक साधारण रु / रो अनुपात का उपयोग किया जाता है। इस मामले में आरओ 1000 पीपीएम का पता लगाने वाली गैस एकाग्रता पर सेंसर तत्व का प्रतिरोध है।

गणना में प्रारंभिक बिंदुओं के बारे में टिप्पणी करें

«Ro: sensor resistance at 1000ppm of CH4 in the clean air»

, 1000 ppm. «» . , « » , , 1800 ppb ( 1.8 ppm, 1000 ppm). , 4.4 Rs/Ro.

इस स्तर पर, एडीसी और सूत्र के लिए धन्यवाद, हम केवल वर्तमान प्रतिरोध (रुपये) का मूल्य जानते हैं, जिससे हम पीछे हटेंगे। हम मान लेंगे कि हमने इसे साफ (ज्ञात गैसों से) हवा में, कैलिब्रेशन तापमान और आर्द्रता (20 डेटाशीट, 65% द्वारा) में मापा। थोड़ी देर बाद आर्द्रता के बारे में एक दिलचस्प टिप्पणी होगी, जिस पर अंशांकन किया जाता है।

इस प्रकार, MQ-4 सेंसर के लिए संदर्भ मान Ro है:

R o = R s / 4.4

$Ro=Rs/4.4$

धूम्रपान चयन पर टिप्पणी करें

, , Rs/Ro – 1.8…0.43, – 3.8…2.6. . , , «» . . RsRo 2.8, «» :

वास्तविक गैस एकाग्रता की गणना ग्राफ की वक्रता से थोड़ा जटिल है, और अलग-अलग नियंत्रण बिंदुओं की कमी है जिसके द्वारा इस ग्राफ को समायोजित किया जा सकता है। साथ ही, समस्या छवि के कम विस्तार में है, जिसके कारण पिक्सेल द्वारा नियंत्रण बिंदु पिक्सेल निर्धारित करना आवश्यक है।

गणनाओं को स्पष्ट करने के लिए, सबसे स्पष्ट मूल्य निर्देशांक के ग्रिड पर रखे गए हैं। नियंत्रण बिंदुओं ने रु। पर पीपीएम की निर्भरता के कार्य को निर्धारित किया:

माप सीमा पर टिप्पणी करें

400…10000 ppm. (Winsen/Hanwei) 200 400 ppm, 400. ppm Rs/Ro, x = ppm/1000; y= (Rs/Ro)*10:

निर्मित ग्राफ़ फ़ंक्शन से मेल खाती है:

इस प्रकार, "तोते" की संख्या सूत्र द्वारा मान्यता प्राप्त है:

तापमान मुआवजे के बारे में थोड़ा

निम्नलिखित डेटाशीट ग्राफ के आधार पर, यह ज्ञात है कि सेंसर जिस वातावरण में उपयोग किया जाता है, उसके आधार पर रीडिंग वास्तविक लोगों से विचलित होती है:

माप पर्यावरण के विशिष्ट आर्द्रता पर टिप्पणी

, = 65%. RsRo/ppm ( ppm) RsRo/Temp ( ). Rs/Ro = 1 ppm=1000 20, : 33% 65%. . , , 33%. .

पर्यावरण पर संकेतकों की निर्भरता को और अधिक सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए, एक फ़ंक्शन ग्राफ भी बनाया गया था, सेंसर -10 डिग्री सेल्सियस ... +50 डिग्री सेल्सियस (x = TEMP / 10; y = RsRo (त्रुटि) 100% की तापमान सीमा तक सीमित है: 100;

ग्राफ़ फ़ंक्शन से मेल खाता है:

f (x) = 0.83 x^{2} - 9.2 x + 25 - (0.3 \times H U M)

$f(x)=0.83x^2-9.2x+25-(0.3×HUM)$

आधार 33% की आर्द्रता वाला एक ग्राफ है (यह, चौराहे 1 द्वारा न्याय करना, एक अंशांकन है)। यदि आप आर्द्रता पर ध्यान देते हैं, तो 1% आर्द्रता ग्राफ को 0.3 Y से बदल देती है (समायोजन के वास्तविक मूल्यों में रु 100 से विभाजित किया जाएगा - गुणांक स्पष्टता के लिए ग्राफ में उपयोग किया जाता है)। "Nt", "शून्य" आर्द्रता के लिए Y में ग्राफ़ की स्थिति को बदलता है, "0.3 x HUM" वास्तविक आर्द्रता के लिए Y स्थिति देता है। अत्यधिक तापमान पर 1% आर्द्रता के "वजन" में कुछ बदलाव का कोई महत्व नहीं है और इसे ध्यान में नहीं रखा जाता है।

महत्वपूर्ण नोट: यह सब लागू होता है यदि अंशांकन 33% की आर्द्रता और 20 डिग्री के तापमान पर स्वच्छ हवा में किया जाता है।

सुधार मूल्य रुपये (त्रुटि), जिसे पर्यावरणीय प्रभाव की क्षतिपूर्ति के लिए रुपये मूल्यों में जोड़ा जाना चाहिए, सूत्र द्वारा गणना की जा सकती है:

कार्य "एक तारांकन के साथ" गैर-मानक वातावरण में अंशांकन के दौरान मुआवजे को स्पष्ट करने के लिए है

, (20/33%), RsRo(error) :

Y – . X: . , , .

, , , .

, — .

पहले से ही मुआवजा मूल्य की गणना करने के लिए:

हम सिद्धांत को माइक्रोकंट्रोलर में स्थानांतरित करते हैं

सेंसर का परीक्षण करने के लिए, एसटीएम 32 एफ 407 वीईटी माइक्रोकंट्रोलर और एचएएल लाइब्रेरी का उपयोग किया गया था, सुधार के मूल्यों को बीएमई 280 सेंसर से प्राप्त किया गया था। हेडर फ़ाइल में, हम अपने सेटअप के लिए कुछ निरंतर मूल्यों को परिभाषित करते हैं।

mq4.h

#ifndef MQ4_H_
#define MQ4_H_

int mq4_default_work (void); //   
int mq4_advanced_work (float temp, float hum); //   
int mq4_full_work (float temp, float hum, float temp_cal, float hum_cal); //      
int mq4_calib_Ro(void); // 
int mq4_get_adc (void); //   ,   

#define MQ4_ADC hadc1 //    
#define MQ4_ADC_PRECISION 4096 //     (4096 = 12 bit)
#define MQ4_REFERENCE_VOLTAGE 3.3f //  
#define MQ4_STATIC_RESISTOR 20000 //RL -     
#define MQ4_RO_DEF 13600 //Ro -   1000 ppm (RsRo=1),   
#define MQ4_HUM_WEIGHT 0.3f //     (  ) 
#define MQ4_AIR_RSRO 4.4f // RsRo    (   )
#endif /* MQ4_H_ */

mq4.c

mq4.c
#include "mq4.h"
#include "adc.h"
#include "math.h"

int mq4_Rs; //  
int mq4_adc_value; // 
float mq4_volts; // 
float mq4_RsRo; //  .  . 1000 ppm
float mq4_calib_value;  //   RsRo
float mq4_calib_value2; //   RsRo (    )

extern int mq4_Ro; //   1000ppm 
extern int mq4_temp_cal; //     
extern int mq4_hum_cal; //

पीपीएम गणना समारोह (कोई सुधार नहीं)

int mq4_default_work (void)
{
int ppm; 
int mq4_adc;
float volts;
int Rs;
float RsRo;
//  : 
mq4_adc = mq4_get_adc(); 
//   :
volts = mq4_adc/(MQ4_ADC_PRECISION/MQ4_REFERENCE_VOLTAGE); 
//    :
Rs = ((MQ4_REFERENCE_VOLTAGE * MQ4_STATIC_RESISTOR)/volts)- MQ4_STATIC_RESISTOR; 
//    :
RsRo = (float)Rs / (float)mq4_Ro; 

//   ( ,  ):
mq4_RsRo = RsRo; 
mq4_adc_value = mq4_adc; 
mq4_volts = volts; 
 
if (RsRo>0.437) //    (  )
 //     :
 {ppm = (pow((10/(RsRo*10)),(1/0.36152689)))*1000;} 
 //     -  9999 :
 else {ppm=9999;} 
 
 return (int)ppm;
}

वर्तमान तापमान और आर्द्रता के मुआवजे के साथ पीपीएम गणना समारोह

int mq4_advanced_work (float temp, float hum)
{
int ppm; 
int mq4_adc;
float volts;
int Rs;
float RsRo;
float K; // 

//   :
mq4_adc = mq4_get_adc(); 
//    :
volts = mq4_adc/(MQ4_ADC_PRECISION/MQ4_REFERENCE_VOLTAGE); 

//    
Rs = ((MQ4_REFERENCE_VOLTAGE * MQ4_STATIC_RESISTOR)/volts)- MQ4_STATIC_RESISTOR; 
//    :
RsRo = (float)Rs / (float)mq4_Ro;  
// :
K = ((0.83*(pow((temp/10),2)))-(9.2*(temp/10))+ 25 - (hum*MQ4_HUM_WEIGHT))/100; 
//  
RsRo = RsRo - K; 

//    (  )
if (RsRo>0.437) 
//     :
{ppm = (pow((10/(RsRo*10)),(1/0.36152689)))*1000;} 
//     -  9999ppm:
else {ppm=9999;}
 
//    ( ,  ):
mq4_RsRo = RsRo; 
mq4_calib_value = K; 
mq4_adc_value = mq4_adc; 
mq4_Rs = Rs; 

    return ppm;
 }

पीपीएम गणना समारोह (तापमान / आर्द्रता मुआवजा और अंशांकन माध्यम के लिए सुधार के साथ)

int mq4_full_work (float temp, float hum, float temp_cal, float hum_cal) 
//:    ,       
{
int ppm; 
int mq4_adc;
float volts;
int Rs;
float RsRo;
float K;
//  :
temp = temp + (20 - temp_cal);  

//   : 
mq4_adc = mq4_get_adc(); 
//    :
volts = mq4_adc/(MQ4_ADC_PRECISION/MQ4_REFERENCE_VOLTAGE); 

//     :
Rs = ((MQ4_REFERENCE_VOLTAGE * MQ4_STATIC_RESISTOR)/volts)- MQ4_STATIC_RESISTOR; 
//  :
RsRo = (float)Rs / (float)mq4_Ro;  
//  (   - MQ4_HUM_WEIGHT*(hum_cal-33)          ): 
K = ((0.83*(pow((temp/10),2)))-(9.2*(temp/10))+ 25 - (hum*MQ4_HUM_WEIGHT)+(MQ4_HUM_WEIGHT*(hum_cal-33)))/100; //
//   RsRo:
RsRo = RsRo - K; 

if (RsRo>0.437) ppm = (pow((10/(RsRo*10)),(1/0.36152689)))*1000; 
else {ppm=9999;}

//    ( ,  ) 
mq4_RsRo = RsRo; 
mq4_calib_value2 = K; 
mq4_adc_value = mq4_adc; 
mq4_Rs = Rs; 

   return ppm;
 }

ADC मान

int mq4_get_adc (void)
 {
 int mq4_adc_bits; 
 HAL_ADC_Start(&MQ4_ADC);
 HAL_ADC_PollForConversion(&MQ4_ADC,100);
 mq4_adc_bits = HAL_ADC_GetValue(&MQ4_ADC);
 HAL_ADC_Stop(&MQ4_ADC);
    return mq4_adc_bits;
 }

कैलिब्रेशन

int mq4_calib_Ro(void)
{
float mq4_adc_volts;
int Rs;
int Ro;
int mq4_adc;
mq4_adc = mq4_get_adc(); 
mq4_adc_volts = (float)mq4_adc/((float)MQ4_ADC_PRECISION/MQ4_REFERENCE_VOLTAGE); 
//     
Rs = (((float)MQ4_REFERENCE_VOLTAGE * (float)MQ4_STATIC_RESISTOR)/mq4_adc_volts)- (float)MQ4_STATIC_RESISTOR;
//    1000 ppm (      RsRo 4.4  MQ-4):
Ro = Rs/MQ4_AIR_RSRO;
   return Ro;
 }

main.c

#include "main.h"
#include "adc.h"
#include "gpio.h"
#include "mq4.h"

int ppm_def;  //ppm  
int ppm_adv;  //ppm     
int ppm_full;  //ppm        

float mq4_temp_cal = 20; //    
float mq4_hum_cal = 33; //    
extern float mq4_calib_value; //   RsRo
extern float mq4_calib_value2; //   RsRo c   

int mq4_Ro = MQ4_RO_DEF; //   1000ppm   
extern int mq4_Rs;   //    
extern int mq4_adc_value; // 
extern float mq4_volts; //   
extern float  mq4_RsRo; //   .  . 1000 ppm

//  :
float tf = 0.0f, hf = 0.0f; //     

int main(void)
{
 HAL_Init();
 MX_GPIO_Init();
 MX_ADC1_Init();
}

while (1)
{
 //    :
 ppm_def = mq4_default_work();              
 ppm_adv = mq4_advanced_work(tf,hf);
 ppm_full= mq4_full_work(tf,hf,mq4_temp_cal,mq4_hum_cal);
 //   : 
  if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_1_GPIO_Port, KEY_1_Pin)==GPIO_PIN_RESET) 
   {
   mq4_Ro = mq4_calib_Ro(); // 
   mq4_temp_cal = tf;   //     
   mq4_hum_cal = hf;   //     
   }
}