Czujnik jakości powietrza

[Krst0]

Witam forumowiczów,

jestem w trakcie tworzenia pracy inżynierskiej i jako temat mam "Czujnik jakości powietrza" oparty o Arduino. Dostępne mam następujące czujniki:  gazu (MQ-2, MQ-3, MQ-5, MQ-135), temperatury (BME280) oraz cząstek stałych (PMS7003). W planach mam jeszcze zakup modułu WiFi, żeby móc przesłać i wyświetlać dane mobilnie. Całość będzie oparta o płytkę Maker Uno. W planach nie mam korzystać z każdego elementu z listy, a prawdopodobnie skupię się na dwóch czujnikach gazu (najpewniej z czujnika MQ-2 oraz MQ-135), czujniku temperatury oraz cząstek stałych wraz z modułem wifi.

Pierwsze podłączenia i testy czujników są już za mną poza czujnikiem pyłu. W tym momencie staram się zrozumieć i  znaleźć sposób na kalibrację MQ-2. Chodzi mi zarówno od strony technicznej (zrozumienie wykresów z dokumentacji) jak i od strony praktycznej. Oczywiście, jeśli ktoś ma chęci i czas to nie pogardziłbym pomocą w tej materii. Poza tym udało mi się znaleźć jakiś kod do kalibracji, który w większości rozumiem, poza niektórymi zmiennymi.

Pozdrawiam

[Treker (Damian Szymański)]

2 godziny temu, Krst0 napisał:

Oczywiście, jeśli ktoś ma chęci i czas to nie pogardziłbym pomocą w tej materii. Poza tym udało mi się znaleźć jakiś kod do kalibracji, który w większości rozumiem, poza niektórymi zmiennymi.

@Krst0 na pewno zwiększysz swoje szanse na jakąś pomoc, gdy zadasz jakieś konkretne pytanie, bo fajnie opisałeś projekt, ale nie zadałeś właściwie żadnego pytania 😉

[Krst0]

Okej, jeśli chodzi o czytanie wykresu, to chyba rozumiem o co tam chodzi, znalazłem fajny filmik gdzie zostało to wytłumaczone i jeśli można go tu wrzucić dla osób, które w przyszłości chciałyby z tego skorzystać to to zrobię. Doszedłem do momentu, w którym chciałbym przetestować kod na płytce Arduino, jednakże problem jest taki, że w czujniku MQ-2 ustawia się na potencjometrze opór i ten opór wpisuje się w kod programu, a w mojej wersji czujnika (Waveshare 9529) potencjometru nie ma i póki co nie mogę znaleźć jaki jest opór. 

Edit:

Jest malutki potencjometr na układzie, ale dalej nie wiem jak znaleźć wartość jego oporu. 

Edytowano Listopad 25, 2020 przez Krst0

[Treker (Damian Szymański)]

15 godzin temu, Krst0 napisał:

Jest malutki potencjometr na układzie, ale dalej nie wiem jak znaleźć wartość jego oporu. 

@Krst0 nie ma na nim żadnych oznaczeń? Przy odłączonym zasilaniu możesz spróbować zmierzyć opór potencjometru - pomiary mogą być zakłamane przez pozostałe elementy w układzie, ale na pewno jakieś wnioski z pomiarów uda Ci się wyciągnąć.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Krst0]

Przeglądałem wiele już poradników jak kalibrować, przeczytałem kilka wersji dokumentacji i w dokumentacji napisali, żeby ustawić czułość czujnika MQ-2 (potencjometrem) na wartość 1000PPM, tyle, że nie ma tam żadnych oznaczeń na potencjometrze jaki opór to jaki PPM i nie ma też nigdzie w specyfikacji tego napisanego albo to przeoczyłem. Wie ktoś może w jaki sposób to wykonać?

[Krst0]

A więc poszukiwań ciąg dalszy. Znalazłem jakąś metodę do obliczania PPM gdzie nie trzeba było podawać wartości oporu na potencjometrze (tak mi się zdaje, że to o ten opór chodzi), ale wyniki były nieprawidłowe i potrzebna jest ta informacja w programie do kalibracji, bo bez niej program jest bez sensu, bo wiadomo, że sensor ten oblicza stężenia gazu na podstawie zmiany oporu.

I doszedłem zatem do wniosku, że bez ustawiania oporu się nie obędzie. Próbuję sposobu opisanego w tym poradniku (metoda obliczania rezystancji tam zawarta występuje w większości poradników dot. kalibracji):  https://medium.com/@bloomaman/mq2-gas-sensor-arduino-in-smoke-detector-348375937609. Problem z tym, że nie bardzo rozumiem w jaki sposób ustawić ten opór. Miałby może ktoś chwilkę spojrzeć na ten poradnik i stwierdzić czy dobrze rozumiem z tym oporem i jeśli tak to w jaki sposób mam to zrobić? Przewertowałem cały internet i nie znalazłem pomocnej mi informacji.

[MR1979]

Hej!

Wszystko masz opisane w dokumentacji czujnika MQ-2. Aby układ mógł działać prawidłowo, musisz wykonać kalibrację. Do tego celu będziesz potrzebował gazu o znanej koncentracji (ang: span gas). Trochę cię naprowadzę bo w pracy mam trochę do czynienia z czujnikami gazów.

W dokumentacji zalecają użycie i-butane 1000ppm w powietrzu. W praktyce dostępne są gazy kalibracyjne 25% lub 50% LEL in Air (LEL = lower explosion limit).

Do przeliczeń użyjemy 25% LEL bo zmieści się w zakresie pomiarowym czujnika.

Teraz musisz sobie przeliczyć te 25% LEL na stężenie w powietrzu. W MSDS (Material Safety Data Sheet) dla i-butane można sprawdzić że LEL dla tego gazu wynosi 1,8% obiętości.

Czyli 25% LEL to 0,45% Volume. Teraz to stężenie musisz przeliczyć na PPM (parts per milion). Wystarczy pomnożyć przez 10000. czyli 0,45% Vol = 4500 PPM.

Podłączamy gaz do czujnika (będziesz potrzebował reduktora ciśnienia z butli oraz specjalnej nakładki na czujnik).

Ustawiamy sobie RL = 20kOhm (tak jak zalecane w dokumentacji) i mierzymy rezystancję na czujniku Rs.

Znamy co następuje:
- Stężenie 4500 PPM
- RL = 20kOhm
- Rs = zmierzone podczas kalibracji.
- Z wykresu odczytujemy że dla i_butane (LPG) przy danej koncentracji stosunek Rs/Ro = 0.4

Z powyższego łatwo policzyć Ro:
Ro = Rs / 0.4

W dokumentacji jest jeszcze druga tabelka do kompensacji względem temperatury i wilgotności. Dlatego żeby uniknąć dodatkowych przeliczeń, przeprowadzaj kalibrację w temperaturze otoczenia > 20C.

To wyliczone Ro zapisujesz w pamięci urządzenia, a konkretnie zapisujesz wartość napięcia jakie się odkłada na sensorze. Od teraz możesz dokonać normalnych pomiarów.

Kalibrację (ponowne wyliczenie Ro dla czujnika) należy powtarzać co jakiś czas. W profesjonalnych urządzeniach kalibrację przeprowadza się co 3 lub 6 Miesięcy.

Kolejne kalibracje można też przeprowadzić łatwiej, zmieniając wartość potencjometru RL tak aby spadek napięcia na sensorze odpowiadał temu jaki był przy pierwszej kalibracji.

Przeliczanie stężenia gazów: https://www.levitt-safety.com/blog/units-of-measure-lel-vs-percent-by-volume-bv-vs-parts-per-million-ppm-vs-parts-per-billion-ppb/

MSDS dla i-butane: https://www.airgas.com/msds/001030.pdf

Pozdrawiam,
Marek

 

Edytowano Grudzień 2, 2020 przez MR1979

[Krst0]

Dziękuję Ci bardzo za odpowiedź, ale powiem Ci szczerze za dużo z niej nie rozumiem. Trochę mam sieczkę w głowie. Jak wrócę z pracy to powiem z czym mam problemy. Tylko może zapytałbym wtedy na priv zamiast tutaj i dopiero gotowe rozwiązanie dla potomnych udostępniłbym w tym miejscu.

[Krst0]

Swoją drogą tak teraz pomyślałem, że czujnik może dawać złe wyniki, bo testuję zły gaz. Mam tu na myśli, że kod mam napisany pod testy CO, a jak wiadomo, czujnik ten reaguje również na inne gazy jak butan, itd. I tutaj pojawia się problem, bo testując butanem otrzymuję olbrzymie wyniki CO i pytam skąd mógłbym uzyskać w domowych warunkach CO? W czym on się znajduje? Wiem, że to czad, ale może istnieje możliwość uzyskania małej ilości tego związku.

[Krst0]

No dobra, a może ktoś będzie w stanie mi to rozgryźć? To w sumie podstawowe zagadnienie dotyczące tego czujnika, ale możliwe, że tutaj się mylę. A więc czytając wartość na pinie analogowym co dokładnie odczytuję? Napięcie czy może stosunek Rs/Ro (oczywiście wartości nieprzetworzone, bo są w stanie surowym)? 

[MR1979]

Odczytujesz spadek napięcia na czujniku. Znając RL i napięcie wejściowe możesz policzyć Rs.

Dnia 4.12.2020 o 08:51, Krst0 napisał:

Swoją drogą tak teraz pomyślałem, że czujnik może dawać złe wyniki, bo testuję zły gaz. Mam tu na myśli, że kod mam napisany pod testy CO, a jak wiadomo, czujnik ten reaguje również na inne gazy jak butan, itd. I tutaj pojawia się problem, bo testując butanem otrzymuję olbrzymie wyniki CO i pytam skąd mógłbym uzyskać w domowych warunkach CO? W czym on się znajduje? Wiem, że to czad, ale może istnieje możliwość uzyskania małej ilości tego związku.

Możesz napisać więcej jak testujesz butanem? Skąd masz butan? Jakie ma stężenie?

[Krst0]

Butan jako gaz z zapalniczki. Z tego co wyczytałem to on najczęściej znajduje się w zapalniczkach, ale może się mylę.

Czyli w zasadzie wartość na wyjściu analogowym to moje napięcie wyjściowe, które jest z zakresu 0-5V, ale zapisane w postaci 0-1023 więc wartość tę dlatego dzielimy w programie na 1023?

Edytowano Grudzień 7, 2020 przez Krst0

[MR1979]

W dokumentacji masz wyraźnie napisane: zakres pomiarowy czujnika dla butanu to: 300-5000ppm. Czyli to 0.03 - 0.50% volume. Ty przykładasz 100% stężenie (z zapalniczki) i dziwisz się że dostajesz ogromne wartości.

Nie chcę cię zniechęcać, ale przed kontynuacją projektu polecam zapoznanie się z podstawami kalibracji detektorów gazów, podstawami elektroniki. Później powinieneś zakupić butlę gazu kalibracyjnego z bezpiecznym stężeniem gazu który chcesz mierzyć. I wtedy możesz podjąć próbę budowy detektora.

Wszelkie zabawy z gazami (LPG jak butan, propan, i-butan) są niebezpieczne. A szczególnie niebezpieczne są zabawy z toksycznymi gazami CO i H2S. Zwłaszcza gdy nie wie się co się robi, a z twoich postów wynika że nie wiesz co robisz.

Dnia 4.12.2020 o 08:51, Krst0 napisał:

 Wiem, że to czad, ale może istnieje możliwość uzyskania małej ilości tego związku.

Odradzam ci to. Wszelkie samodzielne próby wytworzenia tlenku węgla są niebezpieczne i mogą stanowić zagrożenie życia dla ciebie i osób postronnych. Nawet małe ilości.

Mam nadzieję że nie czujesz się urażony. Baw się w elektronikę ale lepiej wybierz jakiś inny temat.

Pozdrawiam,
Marek

[Krst0]

Oczywiście, że nie czuję się urażony.

Rozumiem nawet Twoje obawy. Ogólnie podstawy kalibracji takich prostych czujników znam (z małymi problemami jak znalezienie oporu czujnika - RL) i przez to, że czytam coraz więcej takich informacji w internecie robi mi się sieczka i kwestionuję to co już wiem. Ze względu na to, że nigdy nie byłem asem z chemii i jest to dziedzina, którą od zawsze omijałem szerokim łukiem to bardziej mam w tym projekcie natury czysto-chemicznej przez co nie jestem w stanie przetestować układu czy zwraca poprawne relatywnie wyniki (wiadomo, nie jest to dokładny czujnik), co z kolei powoduje, że sprawdzam czy, aby w moim programie nie pojawia się błąd wyliczeniowy dający błędne wyniki. Niemniej czytając moje wypowiedzi trudno się z Tobą nie zgodzić, że wygląda jakbym robił projekt po omacku.

15 minut temu, MR1979 napisał:

Mam nadzieję że nie czujesz się urażony. Baw się w elektronikę ale lepiej wybierz jakiś inny temat.

Otóż na ten moment nie mogę wybrać innego tematu, gdyż jest to moja praca inżynierska i nie sądziłem, że zostanę w ten sposób zaskoczony od strony chemicznej.

[Krst0]

Stwierdziłem, że przejdę do czujnika MQ-135 i w podobny sposób wtedy postąpię z czujnikiem MQ-2. Znalazłem kilka artykułów w jaki sposób się go kalibruje. Wszędzie korzystają z gotowej biblioteki dostępnej na githubie w tym miejscu. Zamiast bezmyślnie korzystać z niej chciałbym zrozumieć co tam się dzieje i w większości tak jest, ale mam kilka pytań co do tego.

Chciałbym wiedzieć na jakiej podstawie wyliczane są podane poniżej parametry:

/// Calibration resistance at atmospheric CO2 level
#define RZERO 76.63
/// Parameters for calculating ppm of CO2 from sensor resistance
#define PARA 116.6020682
#define PARB 2.769034857

/// Parameters to model temperature and humidity dependence
#define CORA 0.00035
#define CORB 0.02718
#define CORC 1.39538
#define CORD 0.0018

/// Atmospheric CO2 level for calibration purposes
#define ATMOCO2 397.13

O ile RZero jestem jeszcze w stanie zrozumieć, bo podejrzewam, że wartość ta wyliczana jest w podobny sposób co w MQ-2, o tyle nie bardzo wiem skąd jest wzięta wartość dla ATMOCO2 czy dla parametrów do obliczania PPM CO2. Spróbowałem wyliczyć to poprzez policzenie stosunku zlogarytmowanych wartości z wykresu z dokumentacji, ale mi wychodzą zupełnie inne wyniki. Parametr "a" dla wykresu wyliczałem z następującego wzoru: log(0.8/2.3)/log(200/10) co daje mi wynik -0.35251904303.