Ovaj maleni senzor u stanju je prikazati razliku u koncentraciji raznih plinova u zraku.

Iako je MQ-7 moguće nabaviti u raznim varijantama jednostavnijih ili složenijih izvedbi štampane pločice, naš primjerak nabavili smo u Chipoteci od proizvođača Joy-it (joy-it.net) po cijeni od 35,00 kn. Najbolju osjetljivost ima pri mjerenju ugljičnog monoksida te je deklariran na osjetljivost od 300 do 10000 ppm.

UGLJIČNI MONOKSID

Izvor: NASTAVNI ZAVOD ZA HITNU MEDICINU GRADA ZAGREBA
https://www.hitnazg.hr/prva-pomoc/3/ugljicni-monoksid.html

Ugljični monoksid (CO) je plin bez mirisa i boje. Vrlo je otrovan plin koji uzrokuje više smrtnih slučajeva nego svi ostali otrovi zajedno. Nastaje nepotpunim sagorijevanjem organskih tvari (drvo, ugljen, plin, benzin i dr.), kada se gorenje odvija uz nedovoljnu prisutnost kisika.

Veliku opasnost predstavljaju neispravni dimnjaci i peći. Ugljičnog monoksida ima i u gradskom plinu i u ispušnim plinovima automobilskih motora. Ljudi često stradavaju u zatvorenim garažama u kojima drže upaljen motor, u kupaonama s plinskim grijačem vode (bojlerom) i zbog istjecanja plina u stanu. Trovanja se događaju i kada ispušni plinovi motora prodiru u kabinu vozila zbog neispravnosti ispušnih cijevi ili kroz ventilacijski sustav dok vozilo stoji u koloni.

Ne može se osjetiti, što ga čini još opasnijim. Kaže se da je CO “podmukli ubojica” jer ubija bez upozorenja. Dovodi do slabosti i paraliziranosti čitavog tijela tako da otrovana osoba, kada shvati da nešto nije u redu, više nije sposobna maknuti se iz zatrovane atmosfere.

Pokušali smo mjeriti i alkoholne pare, no nakon što je senzor detektirao veliku koncentraciju alkohola, vrlo dugo mu je trebalo da se spusti na „normalne“ vrijednosti. Upravo zato što senzor reagira na više vrsta plinova nije ga moguće koristiti za pouzdana očitanja.
Dakle, kako očitavamo analogne vrijednosti dobit ćemo vrijednosti između 0 i 4965, što odgovara 12-bitnoj rezoluciji koju imamo na Vidi X mikro računalu.

S obzirom na to da senzor radi na 5 V, bit će potrebno staviti logički konverter koji će signalni DATA pin smanjiti s 5 V na 3,3 V pogodne za Vidi X. U Chipoteci se može potražiti pod šifrom VMA410.

Logic Level Converter s jedne strane ima oznake HV1, HV2 i tako redom, što označava High voltage, tj. 5 V, a s druge strane ima LV1, LV2 i tako dalje, što označava Low voltage tj. 3,3 V.

Dakle, na HV pinove LLC-a ćemo spojiti napajanje 5 V i data pin MQ-7 senzora koji koristi 5 V, dok ćemo na LV pinove LLC-a spojiti Vidi X koji koristi 3,3 V na data pinovima prema sljedećoj shemi:

OVIM NAČINOM SPAJANJA koristeći dvosmjerni Logic Level converter će mo analogni i digitalni data signal 5 volti pretvoriti u signal 3 volte kako nebi oštetili pinove Vidi X-a prevelikim naponom

Nikako ne smijemo zaboraviti postaviti switcheve u poziciju za korištenje expansion slota, kao na slici dolje. Switch 2, 3 i 3 na prekidačima oznake S4 treba postaviti u poziciju USE EXP.

Nakon spajanja i prvog pokretanja senzora on neće davati prave rezultate jer mu je potrebno zagrijavanje na radnu temperaturu. Raznim izvedbama senzora treba različito vrijeme zagrijavanja. MQ-7 senzoru proizvođača Joy-it potrebno je nekoliko sati kako bi počeo pokazivati ispravne rezultate, no pronašli smo informaciju kako je nekim izvedbama MQ-7 senzora potrebno i do dva dana zagrijavanja prije nego što biste mogli odraditi mjerenje s tim senzorom.

Kada senzor jednom počne pokazivati stabilne vrijednosti očitanja možete ga početi kalibrirati. Koliko često ćete očitavati stanje u zraku ovisit će o vašim potrebama, no nije preporučljivo niti prečesto očitavati stanje senzora jer tada opet nećete dobiti pravo stanje vrijednosti. Dakle, preporučeni razmak između očitanja je 3 do 5 sekundi ili rjeđe, a to je zbog načina na koji senzor radi. Prvo se zagrijava, a onda se njegov interni grijač ugasi kako bi senzor očitao stanje plinova.

Prvo paljenje senzora i krivulja koja teži stabilizaciji

Nakon nekoliko sati, kada se krivulja na Vidi X-u stabilizira, potrebno je kalibrirati senzor uz pomoć drugih alata za očitavanje koncentracije ugljičnog monoksida kako bi dobivenu analognu vrijednost mogli pretvoriti u ppm vrijednosti. MQ-7 deklariran je kako su mu očitanja najtočnija pri temperaturi zraka od 20°C te bi ga pri toj temperaturi trebalo i kalibrirati.

Međutim, realno stanje je da nećete dobiti pretjerano valjane vrijednosti niti nakon kalibracije, jer MQ-7 osim ugljičnog monoksida, kako smo već ranije spomenuli, može reagirati i na vodik, metan i alkohol. To vam otprilike znači ovo.

Kada ste izmjerili da zrak neke prostorije najčešće daje analogne vrijednosti od 1600, zagrijete li tu prostoriju dobiti ćete očitanja od otprilike 1700, no ako je riječ o kupaonici pa se, recimo, nakon jutarnjeg brijanja namažete aftershaveom na bazi alkohola, analogna očitanja senzora će znatno skočiti zbog nagle prisutnosti alkoholnih para. Zato ovaj senzor nije moguće koristiti kao pokazatelj prisutnosti ugljičnog monoksida, već će on pokazati udio navedenih plinova u zraku. Ukoliko vam je takva informacija dovoljna, obratite pozornost i na razliku očitanja u odnosu na voltažu napona kojim napajate Vidi X, odnosno senzor, jer će analogne vrijednosti biti veće pri većoj voltaži. Dakle, ovdje mislim na voltažu od 5 V s USB napajanja koju koristimo i za napajanje MQ-7 senzora.

Krivulja koja pokazuje promjenu stanja zraka pri izgaranju svijeće unutar staklenke.

Kako je specifikacija USB napajanja 5 V uz dozvoljeno odstupanje od plus-minus 5 %, tako će se mijenjati i očitane analogne vrijednosti. Stoga biste za pouzdaniji rezultat trebali u trenutku očitavanja analogne vrijednosti senzora precizno znati i voltažu kojom napajate senzor te fluktuacije u voltaži primijeniti na očitanja.

Logic Level converter treba nam za pretvaranje signala od 5 V u signal od 3,3 V

Pri tome mislimo na sljedeće: kada senzor napajate s 5 V, on može dati maksimalnu analognu vrijednost 4095. No, spusti li se napajanje na 4,9 V, maksimalna analogna vrijednost iznosit će 4013 te bi tada sve druge vrijednosti trebalo prilagoditi, tj. rastegnuti prema vrijednosti od 4095.

U slučaju da senzor napajate s 5,1 V maksimalna vrijednosti trebala bi iznositi 4177, no Vidi X može maksimalno očitati 4095 te bi ponovno trebalo prilagoditi očitane vrijednosti.

Audio jack starog PC kućišta dobro nam je došao kako bi napajanje od 5 V doveli i na senzor i na Logic Level konverter. Time smo izbjegli korištenje breadboard pločice kako bi senzor lakše nosili uokolo

Ovaj primjer analognih očitanja u odnosu na voltažu kojom napajate senzor vrijedi za sve analogne senzore, a ne samo za MQ-7, pa je poželjno zapamtiti kako svi rezultati analognih senzora ovise o stabilnosti napajanja.

Stoga ovaj senzor može poslužiti kao uvod u svijet senzorike te je s njime moguće dovoljno eksperimentirati kako biste savladali osnove korištenja analognih senzora.

Senzor osim analognog pina ima i jedan digitalni pin. Uz pomoć potenciometra na samoj pločici određuje se razina pri kojoj se aktivira digitalni pin.

Potenciometrom možete odrediti razinu koncentracije plinova na koje će digitalni pin reagirati i upaliti crvenu ledicu na pločici kao pokazatelj

Kod:

Na vrhu ekrana ispisivat ćemo DeltaMin i DeltaMax vrijednosti kako biste znali koje ste maksimalne i minimalne vrijednosti očitali u trenucima kada niste u blizini senzora. Te varijable mogu pomoći i pri kalibraciji senzora.

Na 106. liniji koda iscrtavamo nekoliko crnih linija „unaprijed“ kako bismo pripremili ekran za iscrtavanje grafa novih vrijednosti, a što će nam odlično poslužiti jednom kada se popuni kompletan ekran pa se graf krene iscrtavati od početka ekrana preko postojeće krivulje koju iscrtavamo na 122. i 113. liniji koda.

U nastavku, uz pomoć IF funkcije crtamo crvenu liniju i palimo „Alarm“. Promjenom vrijednosti 2048 alarm će se upaliti ranije ili kasnije.
Primijetite kako u kodu nigdje ne postoji funkcija za ugasiti alarm jer bi on u stvarnosti trebao upozoravati na detektirane plinove sve dok ga netko ručno ne ugasi.

Kod preuzmite s VidiLABovog GitHuba s adrese https://github.com/VidiLAB-com/Vidi-X/tree/master/MQ-7_CO_Senzor_v0.2

Eksperiment

• Jednom kada je kod učitan i senzor spojen na Vidi X te se stabilizirao, njegovu ispravnost možete provjeriti uz ovaj eksperiment. Pored senzora zapalite malenu svijeću (lučicu). Potrebna nam je malena svijeća kako bi ju lakše prekrili sa staklenkom. Dobro će poslužiti staklenka od krastavaca ili pekmeza. Prekrijte svijeću i senzor sa staklenkom. Kada svijeća potroši sav kisik ugasit će se te će u staklenci porasti udio plinova koje MQ-7 može detektirati. Na ekranu Vidi X mikro računala trebali biste vidjeti znatan porast krivulje.
• Ako vas zanimaju i drugi eksperimenti proučite kako nastaje metan te ga pokušajte detektirati u psećoj kućici ili u prostorijama u kojima boravite.
• Možda možete otkriti i tko je popio čašicu previše.

Disclaimer:

Ni u kojem slučaju ovu radionicu nemojte smatrati zamjenom za profesionalne detektore ugljičnog monoksida te nemojte misliti da ovakav alarm možete iskoristiti u zaštiti od negativnog utjecaja ugljičnog monoksida na ljude