Bạn đã bao giờ tự hỏi liệu mình có thể tự chế tạo máy dò rò khí gas cho ngôi nhà hoặc nhà máy của mình không? Nếu bạn quan tâm đến thiết bị điện tử DIY và mới làm quen với Arduino, thì dự án này dành cho bạn. Trong hướng dẫn này, bạn sẽ học cách chế tạo máy dò rò khí gas đơn giản bằng cảm biến khí gas MQ-2, Arduino, còi báo và đèn LED.

Chúng tôi sẽ sử dụng đầu ra tương tự của cảm biến để phát hiện các mức khí khác nhau và sẽ phát ra báo động khi phát hiện nồng độ nguy hiểm.

Cảm biến khí MQ-2 là gì và nó hoạt động như thế nào?

Cảm biến khí MQ-2, còn được gọi là FC-22, là một mô-đun phổ biến được sử dụng để phát hiện các loại khí như:

• Khí dầu mỏ hóa lỏng
• Propan
• mêtan
• rượu bia
• Hiđrô
• khói

Thiết bị hoạt động bằng cách sử dụng lớp cảm biến thiếc dioxide (SnO₂). Khi có khí dễ cháy, điện trở bên trong của cảm biến sẽ thay đổi. Sự thay đổi này được chuyển đổi thành điện áp tương tự, mà chúng ta có thể đọc bằng hàm analogRead() của Arduino.

Tính năng cảm biến:

• Có chân ra tín hiệu analog và tín hiệu kỹ thuật số.
• Độ nhạy có thể được điều chỉnh bằng biến trở.
• Phải mất 2–3 phút để làm nóng.
• Hoạt động trên nguồn điện 5V

Sơ đồ chân cắm này cho thấy vị trí kết nối từng chân của Mô-đun cảm biến MQ-2. Điều quan trọng là phải khớp đúng các chân cắm này để tránh lỗi đấu dây.

Nếu bạn mới bắt đầu, hãy sử dụng chân analog (A0) để hiểu rõ hơn về cách cảm biến phản ứng với các mức khí khác nhau. Sau đó, bạn có thể sử dụng chân kỹ thuật số (D0) để nhanh chóng bật/tắt khi đạt đến ngưỡng phù hợp.

Thời gian khởi động cảm biến khí MQ-2: Phải mất bao lâu để khởi động để có được kết quả đo chính xác?

Nếu bạn sử dụng cảm biến khí MQ-2 lần đầu tiên, thời gian làm nóng được khuyến nghị là 24 đến 48 giờ cấp điện liên tục để cảm biến ổn định và đốt cháy tạp chất bên trong. Quá trình này được gọi là giai đoạn "làm nóng trước" và rất quan trọng để cung cấp các chỉ số nhất quán và chính xác hơn trong thời gian dài.

Lần sử dụng đầu tiên (lần chạy thử đầu tiên):

• Có thể sử dụng liên tục trong vòng 24 đến 48 giờ.
• Chỉ có thể thực hiện một lần sau khi mua.

Sử dụng bình thường (sau lần chạy rà đầu tiên):

• Mỗi lần bật máy cần phải khởi động máy khoảng 2–5 phút.
• Cảm biến sẽ chính xác nhất trong phạm vi này.

Tại sao cần phải khởi động?

Cảm biến sử dụng lớp thiếc dioxide được nung nóng phản ứng với khí. Trong quá trình sử dụng ban đầu, cần có thời gian để:

• Đốt cháy chất thải từ sản xuất
• Ổn định sức đề kháng bên trong
• Đến mức cơ bản để phát hiện chính xác

Mẹo quan trọng: Mặc dù bạn có thể nhận được kết quả ngay lập tức, nhưng bạn không bao giờ nên dựa vào chúng cho đến khi cảm biến đã nóng lên. Đối với các hệ thống an toàn quan trọng, hãy luôn hiệu chuẩn và kiểm tra kỹ lưỡng sau khi chạy rà.

Các bộ phận của Mô-đun cảm biến khí MQ-2 (FC-22)

Để hiểu cách thức hoạt động của MQ-2 và cách sử dụng hiệu quả hơn, cần phải biết các bộ phận khác nhau của mô-đun. Mô-đun cảm biến FC-22 MQ-2 không chỉ là cảm biến khí mà còn là một bo mạch độc lập được thiết kế để hoạt động dễ dàng với các bộ vi điều khiển như Arduino.

Đây là đầu cảm biến MQ-2 do tôi tự chế tạo. Bên trong hộp kim loại này, lớp cảm biến thiếc dioxide thay đổi điện trở khi tiếp xúc với khí dễ cháy. Nó trông giống như một lò nướng nhỏ, nhưng thực chất là một phòng thí nghiệm hóa học phản ứng với khí và cho Arduino của tôi biết thứ gì đang nấu.

1. Đầu cảm biến MQ-2 (Cảm biến thiếc dioxide)

• Đây là một chiếc lon hình trụ bằng bạc có lỗ, được đặt ở giữa tấm ván.
• Bên trong là lớp SnO₂ (thiếc dioxit) và một cuộn dây gia nhiệt.
• Khi khí đi qua lưới, điện trở của thiếc dioxit thay đổi, tạo ra điện áp thay đổi.

2. Cuộn dây gia nhiệt

• Nhúng bên trong đầu cảm biến
• Phần tử cảm biến được nung nóng đến khoảng 300–400°C để cho phép tương tác thích hợp với khí.
• Thiết bị này tiêu thụ một lượng dòng điện đáng kể trong quá trình hoạt động (lên tới 150mA), vì vậy hãy đảm bảo nguồn điện của bạn đủ mạnh.

3. Biến trở có thể điều chỉnh

• Nút màu xanh trên bảng
• Cho phép bạn thiết lập ngưỡng nồng độ khí cho đầu ra kỹ thuật số (D0).
• Không có hiệu ứng khi sử dụng đầu ra tương tự (A0-A5).
• Nếu bạn sử dụng analogRead(), bạn không cần phải chạm vào biến trở.

Tôi sử dụng nút màu xanh nhỏ này để kiểm soát độ nhạy của cảm biến khí. Vòng quay của nút thay đổi khi chân D0 lên cao trước khi báo động kêu.

4. IC so sánh LM393

Con chip đen nhỏ này là "bộ não" của hệ thống đầu ra kỹ thuật số, so sánh điện áp đầu ra của cảm biến với điện áp tham chiếu được đặt bởi một biến trở.

Công dụng của nó:

• Nó sử dụng hai đầu vào: một từ cảm biến và một từ biến trở.
• Nếu áp suất khí vượt quá ngưỡng đã đặt, đầu ra kỹ thuật số (D0) sẽ ở mức CAO.
• Nếu không, nó sẽ vẫn ở mức thấp.

Kết nối cảm biến khí MQ-2 với Arduino (Chế độ tương tự)

Thành phần cần thiết:

• Arduino Uno
• Cảm biến khí MQ-2 (FC-22)
• chỉ huy
• Điện trở 220Ω
• Chuông Piezo
• Cáp nối
• Bảng mạch

Bảng mạch của tôi được kết nối với cảm biến MQ-2, đèn báo LED và còi báo động, tất cả đều được điều khiển bằng Arduino. Thiết lập này cho phép tôi theo dõi mức khí bằng hình ảnh và âm thanh.

Tại sao nên sử dụng AnalogRead với cảm biến khí MQ-2?

Cảm biến MQ-2 có hai đầu ra:

• Kỹ thuật số (chỉ báo cho bạn biết khi mức dầu vượt quá giới hạn)
• Analog (cung cấp một loạt các giá trị dựa trên nồng độ khí)

Sử dụng analogRead() giúp bạn kiểm soát và linh hoạt hơn, đặc biệt là khi tùy chỉnh hệ thống thông báo của bạn.

Đây là mô-đun cảm biến khí MQ-2 của tôi. Tôi sử dụng dây nối cái sang đực để mở rộng phạm vi hoạt động của cảm biến.

Mã Arduino cho cảm biến khí MQ-2 (sử dụng analogRead)

// MQ-2 Gas Sensor DIY Alarm using analogRead()

int gasSensorPin = A0;
int ledPin = 13;
int buzzerPin = 9;

int threshold = 400; // Set your gas detection threshold here

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  delay(1000); // Allow time for sensor to warm up
  Serial.println("MQ-2 Gas Detector Ready!");
}

void loop() {
  int gasLevel = analogRead(gasSensorPin);
  Serial.print("Gas Level: ");
  Serial.println(gasLevel);

  if (gasLevel > threshold) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    digitalWrite(buzzerPin, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    digitalWrite(buzzerPin, LOW);
  }

  delay(500); // Check every 0.5 seconds
}

Giải thích mã từng bước

const int gasSensorPin = A0;

Khai báo chân analog được kết nối với đầu ra A0 của MQ-2.

threshold = 400;

Giá trị khí cao hơn âm thanh báo động và đèn LED sẽ bật sáng. Bạn có thể điều chỉnh giá trị này theo kết quả kiểm tra.

analogRead(gasSensorPin)

Đọc giá trị điện áp tương tự từ cảm biến, trả về giá trị từ 0 đến 1023 tùy thuộc vào nồng độ khí.

digitalWrite(buzzerPin, HIGH);

Bật âm thanh báo động và đèn LED nếu mức nhiên liệu vượt quá ngưỡng.

Mẹo kiểm tra, điều chỉnh và bảo mật

Cách kiểm tra cảm biến:

Bạn có thể sử dụng bật lửa (không có ngọn lửa) gần cảm biến để giải phóng khí butan để thử nghiệm.

Tiêu chí hiệu chuẩn:

Kiểm tra giá trị đọc của Serial Monitor trong phòng sạch. Sử dụng giá trị cơ sở đó để đặt ngưỡng hợp lý (ví dụ: 400–600).

Giai đoạn khởi động:

Để cảm biến nóng lên ít nhất 2-3 phút trước khi tin vào kết quả đo.

Cảm biến khí của tôi đang hoạt động! Để xem kết quả, hãy vào Tools -> Serial Checker.

Ứng dụng thực tế và ý tưởng dự án

Dự án này cung cấp nền tảng vững chắc cho các ứng dụng an toàn và sở thích trong đời thực như:

• Báo động rò rỉ khí gas trong bếp hoặc gara
• Máy dò khói tự chế
• Hệ thống phát hiện nồng độ cồn
• Hệ thống an ninh nhà thông minh với IoT (kết nối với ESP8266/NodeMCU sau)

Mẹo: Bạn có thể mở rộng bằng cách thêm mô-đun rơle để điều khiển quạt thông gió hoặc gửi thông báo qua mô-đun WiFi.

Ưu điểm và hạn chế của cảm biến khí MQ-2

sức mạnh

• Chi phí thấp
• Dễ dàng sử dụng với Arduino
• Có thể phát hiện nhiều loại khí
• Độ nhạy có thể điều chỉnh

Hạn chế

• Không phân biệt (phản ứng với nhiều loại khí cùng lúc)
• Cần có thời gian để làm nóng và trở nên ổn định.
• Bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm
• Không dùng để đo chính xác (chỉ phát hiện sự hiện diện)

Những câu hỏi thường gặp

MQ-2 có thể phát hiện những loại khí nào?

Có thể phát hiện khí mê-tan, butan, LPG, khói, propan, hydro và hơi cồn.

Cảm biến khí MQ-2 có chính xác không?

Phù hợp để phát hiện sự hiện diện, không phù hợp để đo nồng độ khí chính xác.

Nó chỉ có thể được sử dụng như một máy báo khói thôi phải không?

Có, thiết bị này có thể phát hiện khói từ vật liệu dễ cháy, mặc dù nó không được chứng nhận là máy phát hiện khói.

Suy nghĩ cuối cùng: Những gì bạn đã học được và những gì cần thử tiếp theo

Bây giờ bạn đã xây dựng được hệ thống phát hiện rò rỉ khí của riêng mình bằng cảm biến MQ-2, các phép đo tương tự, còi báo động và đèn LED với Arduino. Bạn cũng đã tìm hiểu về cách thức hoạt động của cảm biến, ưu điểm và hạn chế của nó, và cách tùy chỉnh hệ thống của bạn để có hiệu suất tốt hơn.

Bạn muốn thực hiện bước tiếp theo? Hãy thử các bước sau:

• Đã thêm màn hình LCD để hiển thị mức gas
• Sử dụng NodeMCU hoặc ESP32 để gửi thông báo qua Wi-Fi.
• Kết nối với IFTTT để bật thông báo qua SMS hoặc email.