Сигнализатор утечки газа

Модуль на датчике MQ-4 состоит из датчика MQ-4 (метан) и компаратора на LMV393M. Порог срабатывания компаратора настраивается подстроечным резистором. При превышении установленного порога на выходе DO модуля устанавливается лог. 0 и включается светодиод. На выходной разъем также выводится напряжение с датчика (AO). На плате есть второй светодиод, который подключен напрямую к питанию.

Сигнализатор реагирует также и на другие горючие газы, проверял на газ из зажигалки, спирт, растворитель, толуол, дихлорэтан...

Схема модуля MQ-4.

В целом, модуль готов к применению в качестве самостоятельного устройства, если ограничиться светодиодной сигнализацией. Но это малоэффективно. Поэтому выход DO используется для управления внешними устройствами: звуковая и/или световая сигнализация, оповещение по радио или GSM каналу и т.п. Выход AO позволяет контролировать текущее состояние датчика и уровень загазованности места его установки.

Задача передавать куда-то данные или управлять какими-то внешними устройствами пока не ставилась, поэтому решено было сделать только свето-звуковой сигнализатор с измерителем выходного напряжения.

Схема собрана на микроконтроллере ATMEGA8, 2-х разрядном семисегментном индикаторе с общим катодом и пищалке без встроенного генератора. Для настройки параметров предусмотрено две кнопки.

Питание модуля и всего устройства от источника стабилизированного напряжения +5V. Ток потребления в дежурном режиме около 180 мА, при аварии к нему добавляется еще ток пищалки. В качестве блока питания использовалось зарядное устройство для мобильного телефона. Пищалка извлечена из старого мобильника неизвестного происхождения.

Светодиоды модуля удалены за ненадобностью.

Схема сигнализатора.

1. В основном режиме на индикатор выводится измеренное напряжение на датчике в Вольтах, диапазон измерения 0,0÷5,0V (если выбран режим CU), или выводится концентрация газа в тысячах ppm, (если выбран режим CP), диапазон 0,0÷9,9. Пример: концентрация 2300 ppm отображается как 2,3. Выбор режима отображения в настройках, п.2.1.
2. Если напряжение (в режиме CU) или концентрация (в режиме CP) превысит заданный порог (см. Настройки, параметр AL), тогда показания начинают мигать и раздается сигнал тревоги. (Параметры сигнала тревоги устанавливаются в настройках.)
3. При срабатывании дискретного сигнала от модуля MQ-4 срабатывает сигнализация аналогично п.2. В младшем разряде индикатора включается точка.
4. Звуковой сигнал меняется каждые 10 сек. Предусмотрено поочередное включение сирены, двойных коротких сигналов частоты F1 и двойных коротких сигналов частоты F2. F1 и F2 выбираются в настройках. Также устанавливается длительность звукового сигнала (t) и пауза (P) между сигналами.
5. Программа фиксирует максимальное значение напряжения и концентрации. Просмотреть их можно, нажимая на любую кнопку не более 1,5 сек. Для режима CU отображается максимальное напряжение, а для режима CP отображается максимальная концентрация. Сброс записанных значений – одновременное нажатие на обе кнопки с удержанием более 1,5 сек из основного режима. Если сработал дискретный сигнал, то максимальные значения переписываются значениями, на момент срабатывания дискретного сигнала.
6. Предусмотрено управление яркостью индикатора. Если яркость установлена OF, то в основном режиме индикатор отключается, каждые 5 сек кратковременно вспыхивает точка в старшем разряде. Когда срабатывает сигнализация индикатор включается на максимальную яркость. На максимальную яркость индикатор также включается при нажатии на любую кноп-ку.
7. В течении 30 сек после подачи питания устройство не реагирует на сигналы от модуля MQ-4. Максимальные значения не фиксируются. Индикатор включен на максимальную яркость.

Настройки.
1. Вход в режим настроек и выбор параметра для настроек нажатие и удержание более 1,5 сек любой из кнопок. Переход к установке параметра – короткое нажатие на любую кнопку. Установка параметра – короткое нажа-тие на кнопки (если кнопка нажата более 1,5 сек, то происходит переход к следующему параметру. Устанавливаемый параметр мигает с частотой 1Гц.
2. Параметры:
2.1. Un – выбор режима отображения. CU – отображение напряжения, V. CP – пересчет напряжения в ppm.
2.2. AL – устанавливается порог срабатывания сигнализации. Если в п.2.1 выбран режим CU, то устанавливается порог превышения входного напряжения; диапазон установки 0,0÷5,0V; по умолчанию 1,0V. Если в п.2.1 выбран режим CP, то устанавливается порог превышения концентрации; диапазон установки 0,0÷9,9; по умолчанию 0,5.
2.3. F1 – установка частоты первого тона. Диапазон установки 0,2÷5,0кГц. По умолчанию 1,0кГц. Во время настройки включается сигнал с выбранной частотой.
2.4. F2 – установка частоты второго тона. Диапазон установки 0,2÷5,0кГц. По умолчанию 3,0кГц. Во время настройки включается сигнал с выбранной частотой.
2.5. t – время звучания сигнала. Диапазон установки 0÷99 минут. По умолчанию 1 минута.
2.6. P – время паузы между сигналами. Диапазон установки 0÷99 ми-нут. По умолчанию 3 минуты.
2.7. b – яркость индикатора. Диапазон установки 1÷10 и выключено (OF). По умолчанию 5. Во время настройки индикатор светится с выбранной частотой.
3. Выход из режима настроек через 5 сек после последнего нажатия на кнопок. Индикатор переходит в основной режим, настройки записываются в энергонезависимую память микроконтроллера.

Примечания.
1. Соответствие напряжение – концентрация является очень приблизительным и сильно зависит от условий измерения – температуры, влажности наличии в газе других компонентов и т.п. 

Все устройство собрано в корпусе КМ-2А.

Место установки выбрано с учетом расположения газовых приборов, направления движения воздуха и как можно выше.

Элементы и внешний вид устройства:

     

Изначально планировалось крепление сигнализатора на стенку и подключение питания снизу через микро USB, поэтому плата под него. Затем было выбрано место сверху кухонного шкафчика и вывод питания сделан через заднюю стенку сигнализатора через разъем WH-02 (HU-02).

В архиве находятся прошивка для микроконтроллера, FUSE, описание работы, схема в Proteus и печатная плата (Proteus).

Версия прошивки пока не финальная. Сигнализатор находится в режиме тестирования.

Для вопросов и обсуждения создана соответствующая тема на форуме.

 

P.S. 04.02.2019

Проект обновлен. Добавлен пересчет напряжения в концентрацию метана, ppm.