» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»
Май, 2022 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №5 (62) 2022
Автор: Рыжиков Александр Николаевич, магистр, 2 курс
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Исследование управляемости датчиком MQ2 в системах построенных на микроконтроллере SMT32F407
Дата публикации: 10.05.2022
УДК 681.5.08
ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОСТИ ДАТЧИКОМ MQ2 В
СИСТЕМАХ
ПОСТРОЕННЫХ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ
SMT32F407
Маркин
Николай Иванович
кандидат
технических наук, и.о. зав. кафедрой автоматизированных систем управления и
кибернетики
Рыжиков
Александр Николаевич
студент
гр. 01АП-м
ФГБОУ ВО «Орловский
государственный университет имени И.С. Тургенева», г. Орел
Аннотация. Целью данной работы является
исследование возможности сокращения энергопотребления газовым датчиком MQ-2.
Ключевые слова: датчик газа, MQ-2, энергосбережение,
энергопотребление, ШИМ управление.
Газовый
датчик MQ-2 имеет низкую стоимость и энергопотребление до 4 Ватт. В целях
организации оборудованием режимов энергосбережения, решено провести испытания с
изменёнными режимами питания. Выбрано управление с помощью широтно-импульсной
модуляцией (ШИМ) на частоте 10 Гц с сохранением уровня напряжения в 5 Вольт
указанной в документации на датчик [1][2]. Оценивается влияние изменения
коэффициента заполнения на способность и скорость улавливания газа датчиком.
Измерение уровня газа осуществляется по каждому окончанию включения
нагревателя. Это ускоряет скорость реакции для обнаружения горючего газа.
Испытания проводятся при температуре воздуха 27 градусов и влажности 35%.
Измерения проводятся многократно выдерживая датчик в
установленных условиях, проводится подача газа до наблюдения максимальных
значений, затем ожидается возвращение значений датчика в первичное состояние.
Необходимо подобрать приемлемую скорость реакции и возвращение в исходное
состояние при минимальном потреблении, т.е. минимальным коэффициентом
заполнения.
Для
начала проведём измерения с использованием газа пропан – это газ бытового назначения закачиваемый в баллоны, в основном используется в
домах без центрального газоснабжения
[4].
План
испытаний
1. Дать
прогреться датчику на выбранном значении, так, чтобы в течении
часа средние значения не менялись (присутствует небольшой дребезг значений);
2. Засечь
полученное (эталонное значение);
3. Подать
выбранный газ до достижения максимального регистрируемого значения;
4. Замерить
время возвращения к исходным показаниям до подачи газа.
Провести
испытания с коэффициентом заполнения 100, 70, 50, 30, 20, 10, 5 вначале с
пропаном, затем с метаном.
Полученные
значения сведены в едином графике на рисунке 1 для пропана и на рисунке 2 для
метана в целях удобства восприятия и интерпретации полученных данных. По
вертикали отображены значения 12-битного АЦП. В целях данной работы нет
необходимости расчёта точного значения газа, а только определить его наличие.
По горизонтали отображено время, т.к целью является не
только уменьшение энергопотребления, но и сохранение скорости реакции на
приемлемом уровне, левая часть графика имеет деление малыми временными
интервалами измеряемые секундами, а правое – измеряемое десятками секундами.
Это ещё обусловлено тем, что восстановление после подачи газа происходит
значительно медленнее роста.
Рисунок 1 —
Количество и скорость обнаружения газа пропан
Сделаем
промежуточные выводы на основании проведённых измерений. Эталонное значение
берётся за 100% согласно документации на датчик, т.к. именно такой режим работы
предполагается использовать. Он обладает максимальной отзывчивостью к подаче
газа и максимально быстрым временем восстановления в исходное значение.
Уменьшая
коэффициент заполнения, видно отклонение вершины графиков в правую сторону,
т.е. увеличение коэффициента заполнения ведёт к
увеличению времени срабатывания и времени восстановления. Минимальный
коэффициент заполнения 50% при которой происходит
замер максимального значения содержания газа. Дальнейшее уменьшение сильно увеличивает время и не даёт достичь
максимального значения. Если необходима максимальное
энергосбережение, то 30% коэффициент заполнения ещё позволяет определить
наличие пропана, в то время как 20% имеет довольно низкий уровень. Значения 10%
и 5% непригодны для использования ввиду малого отклонения от исходного значения
без газа.
Далее
проведём измерения с использованием газа метан – это газ центрального
газоснабжения населения [5]. Встречается значительно чаще пропана, поэтому
важность его тоже выше.
Рисунок
2 — Количество и скорость обнаружения газа метан
Скорость
реакции на метан значительно отличается от скорости реакции на пропан –
необходимо больше времени на обнаружение и меньше максимальный достигаемый
уровень. Это коррелирует с информацией из
документации на датчик [1]. Максимальная чувствительность на газы: пропан,
водород, сжиженные нефтяные газы. Средняя: метан, пар
спирта, дым. Минимальная чувствительность на угарный газ [1].
Время
обнаружения при коэффициенте заполнения в 70% увеличивается на 1-2 секунды по
отношению ко 100%, таким образом его можно
рассматривать для использования. Значение в 50% имеет ещё более медленную
реакцию в дополнительных 2-3 секунды и более низкий
уровень. Коэффициент заполнения ниже 50% не позволяет достоверно определить
содержание газа метан в воздухе.
Выводы.
В
зависимости от цели энергосбережения и требованием к скорости обнаружения
газов, можно выбрать коэффициент заполнения 50% для определения пропана с
высокой скоростью обнаружения, менее 1 секунды и 30% на 1-5 секунд медленнее, в
зависимости от настроенной
чувствительностью срабатывания.
Для
газа метан, выбрать коэффициент заполнения 70% для увеличенной на 1-3 секунды
реакции от номинальной и 50% на 2-4 секунды медленнее реакции от номинальной.
Таким
образом функция энергосбережения с малым падением
скорости обнаружения лучше всего достигается при значениях коэффициента
заполнения 50-70%.
Список литературы:
- Документация на MQ-2 Smoke Sensor [Электронный ресурс]. – URL: https://www.compel.ru/pdf-items/winsen/pn/mq-2-smoke-sensor/39d75cdc849d89fe542ebcc7daf7625e. Режим доступа: свободный, дата обращения: 22.02.2022
- Авдеев, В.А. Периферийные устройства: интерфейсы, схемотехника, программирование / В.А. Авдеев. - М.: ДМК, 2016. - 848 c.
- Аверченков, О.Е. Схемотехника: аппаратура и программы / О.Е. Аверченков. - М.: ДМК, 2014. - 588 c.
- ГОСТ 20448-90 Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://neftegaz.ru/tech-library/energoresursy-toplivo/141748-gaz-prirodnyy/
- Газ природный - Что такое Газ природный? - Техническая Библиотека [Электронный ресурс]. – URL: Neftegaz.RU. Режим доступа: свободный, дата обращения: 23.02.2022
Комментарии:
