Опрос


Что для Вас Умный Дом?


Результаты

MegaD-328 и датчики газа. Определяем утечки и другие изменения в воздухе

06/04/2013 12:52:11

Утечка бытового газа в квартире или частном доме - явление к сожалению не редкое, но крайне опасное. Очевидно, что интеллектуальная система Умного Дома должна иметь возможность вовремя определять такие ситуации и бить тревогу. Но выявление утечек (нарушение герметичности труб, неисправность котла или незакрытый кран кухонной плиты) не единственное применение датчиков газа в доме. В гараже такие датчики могли бы выявлять повышение концентрации выхлопных газов, что было бы сигналом для включения вытяжной вентиляции. Датчики газа способны реагировать и на другие нестандартные ситуации и связанные с ними изменения в составе воздуха. На какие? Попробуем провести эксперимент.

Датчики газа MQ4 и MQ9

Для теста я взял два недорогих китайских аналоговых датчика газа: MQ4 и MQ9. Стоимость датчиков, по сравнению с готовыми промышленными устройствами мизерна, интеграция в систему проста, а потому нет никаких причин оказываться от их применения в Умном Доме. Но мне стало интересно - способны ли такие устройства качественно и быстро выявлять утечки газа и другие изменения воздуха.

MQ4 - предназначен для выявления CH4 (то есть метана), природного газа (большую часть которого также составляет метан), пары алкоголя, сигаретного и кухонного дыма.
MQ9 - предназначен для выявления CO (оксида углерода), метана, сжиженного газа

Подключение датчиков газа к MegaD-328

Датчики газа MQ4 и MQ9 можно подключать к порту АЦП какого-нибудь микроконтроллера, например Arduino. Но проще всего подключить их к готовому интерфейсному модулю MegaD-328. Начиная с 4-й ревизии, в интерфейсном модуле появилось два дополнительных АЦП порта, которые выведены на разъемы. К этим разъемам подключаются любые аналоговые датчики с питанием до 3,3В. Причем провод идет в комплекте с датчиком. Необходимо только правильно соблюсти подключение, так как распиновка разъема может не совпадать с распиновкой датчика.

Номинальное напряжение питания датчиков - 5 Вольт. Это напряжение используется для подогрева чувствительного элемента датчика. Чем выше это напряжение, тем больше чувствительность датчика. В MegaD-328 на разъеме только 3,3В. Смогут ли датчики полноценно работать на таком напряжении? А вот и проверим.

Собственно, подключив датчики к "Мегадевайсу", можно считать, что процесс интеграции в единую систему автоматизации завершен. Мы получили датчики газа с интерфейсом Ethernet и Web-интерфейсом. Опрос датчика с помощью PHP-скрипта прост.

while(true) {
$val = file_get_contents('http://192.168.0.14/sec/?pt=A6&cmd=get');
// Далее записываем значение в БД
sleep(3);
}

Чувствительность датчиков к изобутану

Тест первый. Чувствительность датчиков к универсальной газовой смести: Изобутан, бутан, пропан. Датчики подключены, баллон испускает газ. Опрос датчиков происходит каждые 3 секунды. Для построения графиков использовалась библиотека JpGraph.

MQ4 - зеленый график
MQ9 - красный график


 

Первая синяя метка - газ подается. Вторая - подача газа отключена. Здесь мы видим, что MQ4 (который, к слову, вдвое дешевле) сразу же отреагировал на наличие в воздухе газа, тогда как MQ9 не подал никаких признаков "жизни". Примечательно, что при равномерной подаче газа график изменения выходного значения сенсора MQ4 имеет волнообразный вид. Возможно, конвекция воздуха, а возможно, специфика работы датчика. Таким образом, за очень короткий промежуток времени (фактически за 1 минуту), значение, получаемое с АЦП-порта "Мегадевайса", к которому подключен MQ4 выросло вдвое. Можно смело делать вывод - утечка газа зафиксирована. Примечательно, что начальное значение (около 400) восстанавливается после фиксации газа очень долго - до нескольких часов. Время же фиксации начала утечки и резкого изменения выходного значения - 1-2 секунды.

Датчики газа и природный газ

Тест второй. Чувствительность датчиков к бытовому газу (он же природный), который подается в миллионы домов по всему миру. Расстояние до крана - 1 метр. Кран приоткрывался очень незначительно.

И снова MQ4 среагировал молниеносно. Но в этот раз двукратное изменение значения на выходе было достигнуто в буквальном смысле за 3-5 секунд. И снова мы наблюдаем интересную картину, значение растет, потом медленно снижается, потом растет снова, хотя газовый кран всегда находился в одном положении. Однако, учитывая высокую чувствительность датчика и в этот раз можно предположить, что газ распространялся по помещению неравномерно, что и фиксировал датчик. Газ подавался в течение 2 минут, а график MQ9 и в этой ситуации не зафиксировал какого-либо движения. Исправен ли датчик? Может быть, недостаточное питание (ведь номинальное напряжение питания у него 5 Вольт). Впрочем, посмотрим, что будет дальше.

Датчики газа и выхлопные газы автомобиля

Тест третий. Выхлопные газы автомобиля. Датчики расположены в метре от выхлопной трубы. Машина оборудована двигателем Евро-5. Бензин Аи-95 от Лукойл, содержание вредных выхлопов минимально, но все же интересно...

В гараже MQ4 снова сразу же отреагировал на работающий двигатель, хотя максимальные значения показаний были ниже, чем в тесте с природным газом. Автомобиль по мере прогрева каталитического нейтрализатора и двигателя снижал обороты и содержание вредных примесей, что отчетливо находило отражение на графике датчика MQ4. Любопытно в этом тесте повел себя MQ9, который вроде бы предназначен для обнаружения CO. Спустя минуту после того, как двигатель был заведен, график слегка провалился. О чем это говорит - сказать трудно.

Датчики газа и пары спирта

Тест четвертый. Пары спирта. Снова возвращаюсь в кабинет, чтобы провести еще один тест. Практической пользы от него, пожалуй, мало, но все же интересно как поведут себя датчики учуяв пары этилового спирта.

Открываем крышку бутылочки... И наблюдаем как оба графика резко взмывают вверх. Вот и долгожданный сюрприз от датчика MQ9. Стоило ему вдохнуть алкоголя, как он вдруг проснулся, показав просто таки удивительные значения. Еще одной особенностью является то, что график MQ9 не имеет характерной для MQ4 пилообразной формы. Датчик MQ4 и в этом тесте зафиксировал ненормальный состав воздуха и также резко отреагировал высокими показателями.

Датчики газа и дым

Тест пятый. Маленький пожар. В этот момент мне пришла в голову еще одна мысль. А как датчики газа будут реагировать на дым? Конечно, это не совсем их профиль, но все же. Будут ли они фиксировать дым от зажженной бумаги? Пока никого не было дома, я решил провести такой эксперимент (правда, потом за это получил).

Дыма было много, и датчики среагировали, но довольно слабо. Причем изменения в воздухе зафиксировал как MQ4, так и MQ9. Отклонения в показаниях составили всего 10%, тогда как на другие раздражители (природный газ, алкоголь и т.д.) изменения были куда серьезнее - 100% и более.

Краткий вывод

Исходя из полученных в ходе эксперимента результатов, позволю себе сделать предварительные выводы.

Дешевый датчик MQ4 от китайского производителя можно применять в системах Умного Дома для фиксации очень многих отклонений в составе воздуха, в том числе утечек газа и выхлопных газов. MQ4 отлично работает при напряжении 3,3В от стандартного разъема MegaD-328.

Датчик MQ9 от того же производителя при питании 3.3В никак не среагировал на утечки разного рода газов (метана, пропана, бутана), дал странную реакцию на выхлопные газы автомобиля, зато очень надежно определил наличие в воздухе паров этилового спирта. Данный датчик также имеет смысл проверить при напряжении питания 5В, но, думаю, вряд ли это значительно повлияет на результаты тестов. MQ9 бесполезен в домашнем хозяйстве.

Оба датчика слабо реагируют на дым и не могут применяться в качестве пожарных.

PS: Заказать датчик MQ4 можно здесь.

Автор: Andrey_B
Любое использование материалов сайта возможно только с разрешения автора и с обязательным указанием источника.



Добавить комментарий:



Сортировка комментариев: Последние сверху | Первые сверху

2017-05-28 12:34:03 | Алексей
Можно ли таким способом определить сигаретный дым и какой датчик при этом использовать?


2016-09-18 19:09:29 | Егор
для правильной работы сенсора нагревательный элемент необходимо попеременно питать от 1,5 В (90 секунд), затем от 5 В (60 секунд). Либо изменять напряжение по синусоиде с соответствующей амплитудой и площадью подграфика. В период питания от низкого напряжения достигается максимум чувствительности угарного газа, а в период высокого напряжения происходит фиксирование углеводородных газов, и испарение конденсата. Если необходимо фиксировать лишь угарный газ, достаточно питать плату сенсора постоянно от 1,5 В.


2015-01-19 07:09:15 | Валера
Учитывая, что в статье говорится о такой важной вещи, как газовая безопасность, я бы добавил пару строк, что дешёвые китайские датчики лучше использовать не по одному, а «россыпью». Грубо говоря, повесить по комнате штук 5 разных датчиков, и если хотя бы один сработал, то надо поднимать тревогу (мало ли, какой у них рак и срок службы). Ну, или хотя бы в самом начале сделать акцент, что это тест скорее контроллера, чем датчиков, и что это ни в коем случае не инструкция к применению.


2014-09-14 01:35:17 | Сергей
Через несколько часов показания плавно упали до 370. Такое ощущение, что датчик обгорает как новый чайник, воняет и нюхает сам себя )) Может это и есть "Over 48 hours"


2014-09-13 16:18:36 | Сергей
Тоже подключил такой датчик MQ4. Показания стабильно плавают. На спирт отреагировал всплеском до 900+, вот только ниже 680 у меня показания не опускаются.


2014-01-04 13:36:07 | Andrey_B
Дмитрий, это не совсем тест. Это исследование возможности использования датчиков совместно с устройством MegaD-328 (как есть, без каких-либо переделок датчика или контроллера). Об этом говорится в статье. Поэтому напряжение не 1,5В (для CO), не 5В (для метана и пропана), а жестко 3,3В. Что касается прочих условий. То если датчику необходимо более 48 часов для выхода на рабочий режим, то такой датчик я буду считать "бесполезным". Потому что по понятным причинам крайне велика вероятность утечки именно после включения электричества.


2014-01-04 06:23:43 | Дмитрий
Отличные графики. Но MQ9 не может быть бесполезным в домашнем хозяйстве, как сказано в Ваших выводах!! Необходимо точнее выполнить условия теста. Они описаны в datasheet к датчикам.


2013-11-04 11:50:42 | Andrey_B
Александр, там даже круче написано "Over 48 hours". Но нет, не пробовал. Датчик остался, как-нибудь попробую.


2013-11-04 04:58:12 | Александр
Здравствуйте, Андрей!
Интересно, что в мануале к датчику MQ9 написано, что для снятия правильных показаний необходимо 24 часа предварительного нагрева датчика. Не пробовали после суток "нагрева" на предмет метана и природного газа?


2013-08-28 11:54:26 | Andrey_B
Роман, не знаю, не пробовал. Думаю, какие-то изменения будут, но насколько значительные?.. Пластмасса обычно горит с выделением дыма, поэтому целесообразно устанавливать в доме обыкновенные пожарные извещатели.


2013-08-28 11:42:26 | Роман
А если начать плавить пластмассу, и пойдет запах от нее, датчик уловит?


2013-07-18 17:26:42 | Алекандр
Для правильной работы сенсора нагревательный элемент необходимо попеременно питать от 1,5 В (90 секунд), затем от 5 В (60 секунд). Либо изменять напряжение по синусоиде с соответствующей амплитудой и площадью подграфика. В период питания от низкого напряжения достигается максимум чувствительности угарного газа, а в период высокого напряжения происходит фиксирование углеводородных газов, и испарение конденсата. Если необходимо фиксировать лишь угарный газ, достаточно питать плату сенсора постоянно от 1,5 В.


2013-06-06 23:54:48 | Andrey_B
Вадим, а при чем тут прошивка? Это такой же аналоговый датчик. Подключается на вход АЦП. Только питание датчика 6В. Необходимо обеспечить выходное напряжение ниже 3,3В.


2013-06-06 13:27:13 | вадим
а этот датчик можно реализовать MQ216 с прошивкой туго помогите кто сможет


2013-04-29 07:22:53 | Дмитрий
По питанию датчика понятно. Нужно 5в желательно. Но Вы дали 3.3в на прямую от Мегадевайса. Датчик работает - и хорошо.
Вопрос по опорному напряжению. Насколько я понимаю, опорное напряжение Мега-девайса на входе, для снятий показаний с аналогового датчика(выход аналогового датчика) 3.3в MAX? По спецификации, MQ-4, на выходе может выдавать 0~5в, в зависимости от концентрации газов. По-сути, я так понимаю, датчик не выдаст больше 3.3в на Мегадевайс, так как мы ему дали не больше 3.3в питания с Мегадевайса. Это, получается, своего рода, хак?:) Ведь, если бы мы запитали датчик MQ-4 внешним источником питания и дали ему 5в, и он бы выдал на выходе 5в, Мегадевайс бы с этим не справился? Правильно?

И еще. Можно ли как то использовать с Мегадевайсом вот этот датчик:
/www.ebay.com/itm/10pcs-HC-SR501-Adjust-IR-Pyroelectric-Infrared-PIR-Motion-Sensor-Detector-Module-/290804901470?pt=BI_Security_Fire_Protection&hash=item43b552a65e
Ведь он хоть и цифровой, но выдает 0/3.3 TTL на выходе.. Это цифровой сигнал.. Но можно ли интерпретировать его как то, как аналоговый. Ведь меня интересуют только два значения - 0 и 3.3.


2013-04-28 23:28:08 | AlexTroy
Для детектирования дыма очень подходят MQ2, затушенную спичку определяют с полутора метров.


2013-04-15 16:15:23 | Andrey_B
Игорь, через этот преобразователь, конечно, нельзя получить информацию с цифровых датчиков DHT-11/DHT-22.
Поддержка этих датчиков должна быть заложена в прошивку. Я постараюсь реализовать ее.


2013-04-14 15:46:13 | Игорь
Андрей, купил у Вас Mega-328 девайс. Пытался подключить цифровые датчики влажности DHT-11 по принципу описанному в данной статье. Я не совсем смыслю в разнице между цифровыми и аналоговыми датчиками. Вобщем говоря - конечно же не получилось ничего. И причину я понял, прочев комментарии к данной статье.
Но недавно наткнулся на некий аналого-цифровой преобразователь. До конца не разобрался в его принципе действия, но смысл таков, что он преобразует цифровой сигнал в аналоговый инаоборот. Может Вы подскажете, подойдет ли он для целей использования DHT-11 впаре с Мегадевайсом? Вот ссылка на описание:

/www.ebay.com/itm/PCF8591-module-AD-DA-converter-module-analog-to-digital-to-analog-conversion-/281067163439?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item4170e88f2f


2013-04-12 23:00:32 | Andrey_B
Мария, если будут вопросы, пишите на нашем форуме. Всегда будем рады помочь. Ну и если будет интерес к MegaD-328 на базе реле, можете в форме "связаться с автором сайта" оставить свой емейл, я сообщу, когда партия будет готова. По распиновке шлейфа ваших модулей также могу выслать вам информацию.


2013-04-11 22:13:19 | Мария
Огромное спасибо за пояснения и за комплименты:) Женщины и в эту нишу пролезли:) Но пока только, как пользователь, чего с меня и так достаточно.
Ваши пояснения очень понятны. А данная статья настолько поразила меня своей доходчивостью и проффесионализмом. Ведь одно дело писать о чем-то, а другое дело писать о том, чем Вы занимаетесь.

Мне очень нравится идея использования MegaD-328 в паре с аналоговыми датчиками. Удобно, надежно и понятно. Хотя и от схемы 1-wire(АЦП-DS2438Z+) + аналоговые датчики я не откажусь, эту схему я готова и буду использовать тоже. И когда у вас появится исполнительный модуль на реле - я обязательно приобрету пару штук..

Заниматься этим начала, так как это очень интерсно и полезно для моего загородного дома. Хоть я и технического склада ума, но увы.. не настолько хороша в этом.


2013-04-11 17:54:35 | Andrey_B
Мария, во-первых, разрешите выразить искреннее уважение. Далеко не каждый мужчина сможет сделать то, о чем вы написали. Вы - молодец.
С MegaD-328 ситуация простая. Он состоит из двух модулей: интерфейсный и исполнительный. Интерфейсный модуль абсолютно универсальный. Каждый его порт может использоваться как угодно. Но чтобы в реальности использовать порт, то есть что-то к нему подключить, необходимо, чтобы настройка порта в интерфейсном модуле соответствовала "железу" исполнительного модуля. У вас исполнительный модуль 7 входов и 7 выходов. К такому исполнительному модулю непосредственно нельзя подключить какой-либо датчик, потому что этот модуль "заточен" на работу с 220В (выходы) и на работу с кнопками "сухой контакт" (входы). Это его (исполнительного модуля) специализация.

НО! Из интерфейсного модуля в исполнительный выходит шлейф. Фактически - это ноги микроконтроллера. Вы можете сделать отвод от этого шлейфа какого-нибудь порта с поддержкой АЦП и подключить к нему какой-нибудь датчик. При этом конечно потеряете один порт в исполнительном. Нужна только распиновка шлейфа. Но это будет "хак", а значит надо четко понимать что вы делаете и как подключаете. То есть в принципе это возможно.

В данный момент я не могу предложить большое количество разных исполнительных модулей. Производство - довольно затратная штука. И чем больше различных устройств, тем затратнее, поэтому в данный момент производится только исполнительный модуль 7 входов 7 выходов (симисторы), но уже очень скоро будет выпущен такой же модуль на реле, который расширит границы применения устройства. А вот дальше будем думать как сделать такой модуль для работы с аналоговыми датчиками. Это в будущем.

Теперь по 4 ревизии. В вашей версии, а она вероятно 2-я или 3-я (это должно быть написано на наклейке). Используется микроконтроллер в корпусе DIP. Всего 14 портов и дополнительных портов в нем нет. При переходе на корпус SMD в 4-ой ревизии появились два дополнительных порта, но они только АЦП (то есть не могут быть выходами). Жалко было терять эти 2 порта, поэтому мы вывели их на разъемы, к которым можно подключить аналоговые датчики.
Резюмируя сказанное. К вашей ревизии подключить датчики легким движением руки (как это показано в данной статье) нельзя, но... в принципе это возможно.

Что касается питания датчиков, то питание это может быть совершенно разным и 3В и 5В и 9В и 12В и больше. Поэтому нет смысла выводить все возможные варианты питания, но можно использовать внешнее питание датчика.

Поддержки DHT11 и DHT22 пока нет, но она планируется в ближайшей перспективе. Опять же к исполнительному модулю (как к готовому устройству) их подключить будет нельзя. Но если вы отсоедините шлейф от исполнительного модуля, то у вас в руках окажутся все 14 портов, с которыми вы можете делать все что угодно, но это как вы понимаете, не готовое устройство - это просто набор портов ввода-вывода к которым можно что-то подсоединить.

MQ4 и MQ9 - это аналоговые датчики. Такие датчики можно подключать к порту настроенном как АЦП. И это не требует какой-то реализации в прошивке. Грубо. Аналоговые датчики на выходе имеют напряжение. Например, напряжение 1,65В (то есть половина от 3,3В), микроконтроллер сравнивает с опорным (3,3В) и говорит, что значение АЦП 512 (то есть 1024 пополам). Понимаете?
Цифровые датчики - это те, которые возвращают данные в закодированном виде, в виде нулей и единиц. Здесь не задействовано АЦП и МК не сравнивает никакие напряжения. Это закодированное сообщение нужно расшифровать. А протокол у цифровых датчиков может быть какой угодно. Поэтому с цифровыми датчиками все сложнее и их поддержку нужно обеспечивать со стороны прошивки.
MQ9 и MQ4 изначально не ориентированы на детектирование дыма. Для дыма лучше всего применять пожарные датчики. Они и недороги и специализируются на этом.
Присоединяйтесь к нашему форуму, там удобнее обсуждать все эти вещи.


2013-04-11 16:29:29 | Мария
Андрей, а вот Вы пишите : "Начиная с 4-й ревизии, в интерфейсном модуле появилось два дополнительных АЦП порта, которые выведены на разъемы".. А сколько из в моей ревизии. Я, если, честно, бездумно приобрела у Вас 2-ва MegaD-328 год назад. По-большему счету, я их использую в качестве ключей контроля света и системы автополива.

Как снимать показания с аналоговых датчиков, я так и не поняла. Читала комментарии к вашим статьям о применении MegaD-328. Но только больше запуталась. Руководство с картинками для бестолковой женщины не помешало бы :). То, что можно подключать только аналоговые датчики с номинальным напряжением 3.3v к интерфейсному модулю, я понимаю, но как не пыталась - не получилось подключить датчик освещенности, о котором вы писали. Да, и как быть с теми датчикам, что требуют больше 3.3v? Так же, Вы упоминали добавление поддержки цифровых датчиков температуры и влажности: DHT11 и DHT22. Пока не могу их подключить, я так понимаю, поддержка не реализована пока.. Дайте, пожалуйста ссылку на прошивки MegaD-328.

P.S. И, да, если я правильно поняла, вышеописанные устройства DFRobot: MQ9 и MQ4 тоже цифровые? Или аналоговые? Я использую у себя в 1-wire сети MQ-9 в сопряжении с микросхемой АЦП DS2438Z+. Приобрела его для выявления любого из газов( Изобутан, Метан, Пропан, LPG, Водород, Дым, Алкоголь). Должна отметить, что спирт он определяет хорошо.. Запах бензина.. Но вот, дым - очень плохо. Необходимо найти замену..