MQ7 giao tiếp Atmega là dùng Cảm biến khí CO MQ-7 là cảm biến bán dẫn có giá rẻ có khả năng phát hiện khí carbon monoxide có nồng độ từ 10 đến 1000 ppm. Vật liệu tạo ra cảm biến là từ chất SnO2, có độ dẫn điện thấp trong không khí sạch. Cảm biến khí CO MQ7 có độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh. Có 2 dạng tín hiệu ngõ ra là analog và digital. Cảm biến có thể hoạt động được ở nhiệt độ từ: -20 độ C đến 50 độ C và tiêu thụ dòng khoảng 150mA tại 5V. Tuổi thọ cao, chi phí thấp.
- Phone : 0967.551.477
- Zalo : 0967.551.477
- FB : Huỳnh Nhật Tùng
- Email : dientunhattung@gmail.com
- Địa Chỉ: 106/14 Đường số 51, Phường 14, Gò Vấp, Tp HCM
- Chi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử
Table of Contents
1. Linh kiện cần thiết làm mạch đọc cảm biến khí CO MQ7 giao tiếp Atmega
1.1 Vi điều khiển AVR trong mạch đọc cảm biến khí CO MQ7 giao tiếp Atmega
a. Giới thiệu
Atmega16 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ MegaAVR. Atmega16 là một bộ vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 16KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 512B EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bit (1KB SRAM) Với 32 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI, I2C.
Ngoài ra có thể sử dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader.
b. Chức năng của Atmega:
- PORTA: Các chân từ 33 đến 40 thuộc PORTA. Nó hoạt động giống như đầu vào analog cho bộ chuyển đổi A / D. Tuy nhiên, trong trường hợp không có bộ chuyển đổi A / D, PORTA được sử dụng làm cổng I / O hai chiều 8 bit. Nó đi kèm với điện trở kéo bên trong.
- PORTB: Các chân từ 1 đến 8 thuộc về PORTB. Đây là các chân hai chiều I / O. Cổng này cũng bao gồm các điện trở kéo lên bên trong.
- PORTC: PORTC là cổng I / O hai chiều bao gồm 8 chân. Chân từ 22 đến 29 thuộc về cổng này, tương tự như các cổng khác, nó đi kèm với điện trở kéo bên trong.
- PORTD: Chân từ 14 đến 21 thuộc về cổng này. Đây là cổng hai chiều trong đó mỗi chân có thể được sử dụng làm chân đầu vào hoặc đầu ra. Tuy nhiên, có các tính năng bổ sung liên quan đến cổng này như ngắt, giao tiếp nối tiếp, bộ hẹn giờ và PWM.
Các chức năng khác
- Reset: Chân 9 là chân reset mức thấp đang hoạt động. Xung mức thấp dài hơn độ dài xung tối thiểu sẽ tạo ra reset. Các xung ngắn không có khả năng tạo ra reset.
- VCC: Chân 10 là chân cấp nguồn cho bộ điều khiển này. Nguồn điện của cần phải có 5 V để đặt bộ điều khiển này trong điều kiện đang chạy.
- GND: Chân 11 là chân nối đất.
- AREF: Chân 32 là chân tham chiếu tương tự chủ yếu được sử dụng cho bộ chuyển đổi A / D .
- AVCC: Chân 30 là AVCC là chân điện áp cung cấp cho PORTA và ADC. Nó được kết nối với VCC thông qua bộ lọc thông thấp khi có ADC. Tuy nhiên, trong trường hợp không có ADC, AVCC được kết nối bên ngoài với VCC.
- Chân 12 & 13: Một bộ dao động tinh thể được kết nối với các chân này. Atmega16 hoạt động ở tần số bên trong 1MHZ; bộ dao động được thêm vào để tạo ra xung clock và tần số cao.
c.Thông số kỹ thuật Atmega (Dip)
Datasheets | Atmega16 |
Standard Package | 27 |
Category | Integrated Circuits (ICs) |
Family | Embedded – Atmel |
Series | Atmega |
Packaging | Tube |
Core Processor | AVR |
Core Size | 8-Bit |
Speed | 16MHz |
Connectivity | I²C, SPI, UART / USART, USB |
Peripherals | Brown-out Detec t/ Reset, HLVD, POR, PWM, WDT |
Number of I /O | 32 |
Program Memory Size | 16KB |
Program Memory Type | FLASH |
EEPROM Size | 512B |
RAM Size | 1K |
Voltage – Supply (Vcc/Vdd) | 4.2 V ~ 5.5 V |
Data Converters | A/D 8 x 10bit |
Oscillator Type | Internal |
Operating Temperature | -40°C ~ 85°C |
Package / Case | 28-SOIC (0.295″, 7.50mm Width) |
Other Names | Atmega16 |
d. Power
- 5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).
- GND: Là chân mang điện cực âm trên board.
- IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên AVR và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.
e.Bộ nhớ
Vi điều khiển ATmega:- 16 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
- 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
- 512B cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.
f. Kiến trúc của Atmega16
Kiến trúc của Atmega16 dựa trên Kiến trúc Harvard và đi kèm với các bus và bộ nhớ riêng biệt. Các lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ chương trình.- CPU
- ROM
- RAM
EEPROM
- Ngắt
- Module I / O analog và kỹ thuật số
Bộ định thời / Bộ đếm
- Watchdog timer
- Giao tiếp nối tiếp
1.2 Cảm biến khí CO MQ7 giao tiếp Atmega
a. Giới thiệu khí CO MQ7 giao tiếp Atmega
Cảm biến khí CO MQ-7 là cảm biến bán dẫn có giá rẻ có khả năng phát hiện khí carbon monoxide có nồng độ từ 10 đến 1000 ppm. Vật liệu tạo ra cảm biến là từ chất SnO2, có độ dẫn điện thấp trong không khí sạch. Cảm biến khí CO MQ7 có độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh. Có 2 dạng tín hiệu ngõ ra là analog và digital. Cảm biến có thể hoạt động được ở nhiệt độ từ: -20 độ C đến 50 độ C và tiêu thụ dòng khoảng 150mA tại 5V. Tuổi thọ cao, chi phí thấp.
b. Thông số kỹ thuật cảm biến khí CO MQ7
- Điện áp cung cấp: 3 ~ 5V DC.
- Sử dụng chip so sánh LM393 và MQ-7.
- Hai dạng tín hiệu đầu ra (digital và analog).
- Tín hiệu analog từ 0~5V.
- Dải phát hiện từ 10 đến 1000ppm.
- Công suất tiêu thụ: khoảng 350mW.
- Nhiệt độ hoạt động: -10C đến 50C.
- Kích thước: 33 x 20 x 16mm.
c. Các loại khí phát hiện của cảm biến khí khí CO MQ7
- LPG ( Khí hóa lỏng)
- Khí CO
- Methane
- Alcohol
- Khí gas
- Khói.
- iso-butan
- propan
d. Nguyên lý hoạt động cảm biến khí CO MQ7 giao tiếp Atmega
Cảm biến MQ-7 (Gas sensor) đo khí CO chuyển thành điện áp đưa ra chân AOUT. Biến trở trên Module có chức năng điều chỉnh điện áp tham chiếu (ngưỡng), khi cảm biến MQ-6 phát hiện khí CO đến ngưỡng thì chân DOUT sẽ đảo trạng thái.
e. Sơ đồ chân cảm biến khí CO MQ7
- VCC ↔ 2.5V ~ 5.0V
- GND ↔ GND
- AOUT ↔ MCU.IO (dùng tín hiệu analog)
- DOUT ↔ MCU.IO (dùng tín hiệu số)
f. Định nghĩa khí CO
CO (hay còn gọi Cacbon mônôxít) : Khí không màu, không mùi, không vị, nặng hơn không khí, nên hay lắng đọng dưới mặt đất hay các hố sâu. Là sản phẩm trong sự cháy không hoàn toàn của các bon và các hợp chất chứa các bon như xăng, dầu, gỗ… Cacbon mônôxít có độc tính cao, cực kỳ nguy hiểm với sức khỏe con người. nếu bị hít một lượng lớn sẽ gây thương tổn cho cơ thể. Chính vì thế việc giám sát khí CO rất quan trọng để bảo vệ sưc khỏe người lao động, đặc biệt những nơi làm việc kín như hầm lò, nhà máy ..
g. Tính năng cảm biến khí CO MQ7
- Cảm biến MQ-7 có thể phát hiện khí CO tập trung những nơi khác nhau từ 10 đến 1000ppm
- Cảm biến này với độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh. Tín hiệu ngõ ra dạng analog và digital. Cảm biến có thể hoạt động được ở nhiệt độ từ khoảng: -10C đến 50C và tiêu thụ dòng khoảng 150mA tại 5V.
- Tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng nên chúng ta sẽ lựa chọn cho mình một bộ sản phẩm sao cho phù hợp
1.3 Còi Buzzer 5V cảm biến khí CO MQ7 giao tiếp Atmega
a. Giới thiệu
Còi Buzzer 5VDC có tuổi thọ cao, hiệu suất ổn định, chất lượng tốt, được sản xuất nhỏ gọn phù hợp thiết kế với các mạch còi buzzer nhỏ gọn, mạch báo động.
b. Thông số kỹ thuật
- Nguồn : 3.5V – 5.5V
- Dòng điện tiêu thụ: <25mA
- Tần số cộng hưởng: 2300Hz ± 500Hz
- Biên độ âm thanh: >80 dB
- Nhiệt độ hoạt động:-20 °C đến +70 °C
- Kích thước : Đường kính 12mm, cao 9,7mm
2. Hướng dẫn đồ án cảm biến khí CO MQ7 giao tiếp Atmega hiển thị LCD1602
Phần này chưa được chia sẻ.
LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.
Phần cứng
Phần mềm
int time_scale = 8; //time scale: we altered main system timer, so now all functions like millis(), delay() etc void setTimer0PWM(byte chA, byte chB) //pins D5 and D6 { TCCR0A = 0b10110011; //OCA normal,OCB inverted, fast pwm TCCR0B = 0b010; //8 prescaler - instead of system's default 64 prescaler - thus time moves 8 times faster OCR0A = chA; //0..255 OCR0B = chB; } void setTimer2PWM(byte chA, byte chB) //pins D11 and D3 { TCCR2A = 0b10100011; //OCA,OCB, fast pwm TCCR2B = 0b001; //no prescaler OCR2A = chA; //0..255 OCR2B = chB; } void setTimer1PWM(int chA, int chB) //pins D9 and D10 { TCCR1A = 0b10100011; //OCA,OCB, fast pwm TCCR1B = 0b1001; //no prescaler OCR1A = chA; //0..1023 OCR1B = chB; } float opt_voltage = 0; byte opt_width = 240; //default reasonable value void pwm_adjust() { float previous_v = 5.0; //voltage at previous attempt float raw2v = 5.0 / 1024.0;//coefficient to convert Arduino's for(int w = 0; w < 250; w++) { setTimer2PWM(0, w); float avg_v = 0; for(int x = 0; x < 100; x ++) //measure over about 100ms to ensure stable result { avg_v += analogRead(A1); delay(time_scale); } avg_v *= 0.01; avg_v *= raw2v; Serial.print("adjusting PWM w="); Serial.print(w); Serial.print(", V="); Serial.println(avg_v); if(avg_v < 3.6 && previous_v > 3.6) //we found optimal width { float dnew = 3.6 - avg_v; //now we need to find if current one float dprev = previous_v - 3.6;//or previous one is better if(dnew < dprev) //if new one is closer to 1.4 then return it { opt_voltage = avg_v; opt_width = w; return; } else //else return previous one { opt_voltage = previous_v; opt_width = w-1; return; } } previous_v = avg_v; } } float alarm_ppm_threshold = 100; //threshold CO concentration for buzzer alarm to be turned on, float red_threshold = 40; //threshold when green LED is turned on red turns on float reference_resistor_kOhm = 10.0; //fill correct resisor value if you are using not 10k reference float sensor_reading_clean_air = 620; //fill raw sensor value at the end of measurement phase (before heating starts) in clean air here! That is critical for proper calculation float sensor_reading_100_ppm_CO = -1; //if you can measure it float sensor_100ppm_CO_resistance_kOhm; //calculated from sensor_reading_100_ppm_CO variable float sensor_base_resistance_kOhm; //calculated from sensor_reading_clean_air variable byte phase = 0; //1 - high voltage, 0 - low voltage, we start from measuring unsigned long prev_ms = 0; //milliseconds in previous cycle unsigned long sec10 = 0; //this timer is updated 10 times per second, unsigned long high_on = 0; //time when we started high temperature cycle unsigned long low_on = 0; //time when we started low temperature cycle unsigned long last_print = 0; //time when we last printed message in serial float sens_val = 0; //current smoothed sensor value float last_CO_ppm_measurement = 0; //CO concentration at the end of previous measurement cycle float raw_value_to_CO_ppm(float value) { if(value < 1) return -1; //wrong input value sensor_base_resistance_kOhm = reference_resistor_kOhm * 1023 / sensor_reading_clean_air - reference_resistor_kOhm; if(sensor_reading_100_ppm_CO > 0) { sensor_100ppm_CO_resistance_kOhm = reference_resistor_kOhm * 1023 / sensor_reading_100_ppm_CO - reference_resistor_kOhm; } else { sensor_100ppm_CO_resistance_kOhm = sensor_base_resistance_kOhm * 0.25; } float sensor_R_kOhm = reference_resistor_kOhm * 1023 / value - reference_resistor_kOhm; float R_relation = sensor_100ppm_CO_resistance_kOhm / sensor_R_kOhm; float CO_ppm = 134 * R_relation - 35; if(CO_ppm < 0) CO_ppm = 0; return CO_ppm; } void startMeasurementPhase() { phase = 0; low_on = sec10; setTimer2PWM(0, opt_width); } void startHeatingPhase() { phase = 1; high_on = sec10; setTimer2PWM(0, 255); } void setLEDs(int br_green, int br_red) { if(br_red < 0) br_red = 0; if(br_red > 100) br_red = 100; if(br_green < 0) br_green = 0; if(br_green > 100) br_green = 100; float br = br_red; br *= 0.01; br = (exp(br)-1) / 1.7183 * 1023.0; float bg = br_green; bg *= 0.01; bg = (exp(bg)-1) / 1.7183 * 1023.0; if(br < 0) br = 0; if(br > 1023) br = 1023; if(bg < 0) bg = 0; if(bg > 1023) bg = 1023; setTimer1PWM(1023-br, 1023-bg); } void buzz_on() { setTimer0PWM(128, 128); } void buzz_off() { setTimer0PWM(255, 255); } void buzz_beep() { byte sp = sec10%15; if(sp == 0) buzz_on(); if(sp == 1) buzz_off(); if(sp == 2) buzz_on(); if(sp == 3) buzz_off(); if(sp == 4) buzz_on(); if(sp == 5) buzz_off(); } void setup() { pinMode(5, OUTPUT); pinMode(6, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); pinMode(10, OUTPUT); pinMode(A0, INPUT); pinMode(A1, INPUT); setTimer1PWM(1023, 0); analogReference(DEFAULT); Serial.begin(9600); pwm_adjust(); Serial.print("PWM result: width "); Serial.print(opt_width); Serial.print(", voltage "); Serial.println(opt_voltage); Serial.println("Data output: raw A0 value, heating on/off (0.1 off 1000.1 on), CO ppm from last measurement cycle"); //beep buzzer in the beginning to indicate that it works buzz_on(); delay(100*time_scale); buzz_off(); delay(100*time_scale); buzz_on(); delay(100*time_scale); buzz_off(); delay(100*time_scale); buzz_on(); delay(100*time_scale); buzz_off(); delay(100*time_scale); startMeasurementPhase(); //start from measurement } void loop() { unsigned long ms = millis(); int dt = ms - prev_ms; if(dt > 100*time_scale || dt < 0) { prev_ms = ms; //store previous cycle time sec10++; //increase 0.1s counter if(sec10%10 == 1) //we want LEDs to blink periodically { setTimer1PWM(1023, 1023); //blink LEDs once per second //use %100 to blink once per 10 seconds, %2 to blink 5 times per second } else //all other time we calculate LEDs and buzzer state { int br_red = 0, br_green = 0; //brightness from 1 to 100, setLEDs function handles converting it into timer settings if(last_CO_ppm_measurement <= red_threshold) //turn green LED if we are below 30 PPM {//the brighter it is, the lower concentration is br_red = 0; //turn off red br_green = (red_threshold - last_CO_ppm_measurement)*100.0/red_threshold; //the more negative is concentration, the higher is value if(br_green < 1) br_green = 1; //don't turn off completely } else //if we are above threshold, turn on red one { br_green = 0; //keep green off br_red = (last_CO_ppm_measurement-red_threshold)*100.0/red_threshold; //the higher is concentration, the higher is this value if(br_red < 1) br_red = 1; //don't turn off completely } if(last_CO_ppm_measurement > alarm_ppm_threshold) //if at 50 seconds of measurement cycle we are above threshold buzz_beep(); else buzz_off(); setLEDs(br_green, br_red); //set LEDs brightness } } if(phase == 1 && sec10 - high_on > 600) //60 seconds of heating ended? startMeasurementPhase(); if(phase == 0 && sec10 - low_on > 900) //90 seconds of measurement ended? { last_CO_ppm_measurement = raw_value_to_CO_ppm(sens_val); startHeatingPhase(); } float v = analogRead(A0); //reading value sens_val *= 0.999; //applying exponential averaging using formula sens_val += 0.001*v; // average = old_average*a + (1-a)*new_reading if(sec10 - last_print > 9) //print measurement result into serial 2 times per second { last_print = sec10; Serial.print(sens_val); Serial.print(" "); Serial.print(0.1 + phase*1000); Serial.print(" "); Serial.println(last_CO_ppm_measurement); } }
3. Hoạt động của mạch đọc cảm biến khí CO MQ7
Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho lcd1602 hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu được gửi vào từ cảm biến khí ga MQ7 về giá trị Analog và Digital. Khi nhận được tín hiệu vi điều khiển xử lý và gửi giá trị nồng độ đọc được từ khí ga ra ngoài màn hình để hiển thị giá trị, và hiển thị chỉ số cảnh báo khi quá ngưỡng.
4. Cụ thể hoạt động của mạch đọc cảm biến khí CO MQ7 giao tiếp Atmega
Chúc các bạn thành công…!!!