Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.7. Phân tích và chọn cảm biến CO 2
2.7.1 Cảm biến khí CO2 (MG811) a. Đặc tính cảm biến
+ Board mạch có tích hợp cảm biến khí CO2 là MG-811, có thể tùy chỉnh khuếch đại tín hiệu ngõ ra.
+ Cảm biến MG-811 có độ nhạy cao với khí CO2 và độ nhạy thấp hơn với Alcohol và khí CO
+ Tốc độ hồi đáp và độ nhạy cao, chạy ổn định, tuổi thọ dài.
+ Dải đo khí CO2: 0 to 10000ppm.
+ Ngõ ra tín hiệu tương tự và số.
+ Các analog lưu lượng đầu ra (0 ~ 2 V/0-4 V) sản lượng điện áp tùy chọn + Có led báo mạch hoạt động và led báo nguồn.
Hình 2.14 Cảm biến MG-811 b. Ứng dụng
+ Thích hợp cho môi trường không khí bình thường, môi trường khép kín, phòng thí nghiệm,...
+ Thích hợp với các ứng dụng có sử dụng vi điều khiển.
+ Thích hợp để phát hiện nồng độ carbon dioxide
c. Kết cấu cảm biến
Cảm biến khí”MG811 là cảm biến giúp phát hiện khí CO2. Nó sử dụng điện áp 5v DC. Xuất tín hiệu ra cả 2 loại là analog và digital. Các analog lưu lượng đầu ra (0 ~ 2 V/0-4 V) sản lượng điện áp tùy chọn.
Kết cấu của cảm biến MG811 được thể hiện như hình 2.15, cảm biến được tạo bởi một lớp rất mỏng Al2O3 phủ trên ống gốm, lớp thiếc oxit nhạy khí (SnO2), điện cực đo lường và bộ gia nhiệt được cố định vào một lớp vỏ làm bằng thép không rỉ. Bộ gia nhiệt cung cấp điều kiện làm việc cần thiết cho cảm biến. Cảm biến MG811 có 6 chân, 4 chân được dùng để lấy tín hiệu, 2 chân còn lại sử dụng cho bộ sấy. Nó được gắn với một module cảm biến từ Hanwei Electronics giúp nó truyền được tín hiệu đến vi điều khiển, có thể tùy chỉnh khuếch đại tín hiệu ngõ ra.
Hình 2. 15 Cấu trúc cảm biến MG811
1- Đế cảm biến; 2- Vỏ cảm biến; 3,5- Chân kết nối(A); 4,7- Chân kết nối(H); 6,8- Chân kết nối(B); 9- Lớp cảm biến khí; 10- Cuộn sấy; 11- Ống bằng sứ; 12- Điện cực;
13- Lưới thép không gỉ.
d. Nguyên lý hoạt động
Mô-đun cảm biến khí CO2 sử dụng cảm biến khí (MG811) từ Hanwei Electronics.
Khi bộ phận làm nóng được kích hoạt, cảm biến khí này phản ứng với khí CO2 bằng cách tạo ra một điện áp nhỏ tỷ lệ với lượng khí CO2 có trong không khí tiếp xúc với chất bán dẩn bên trong. Cảm biến là một thiết bị có điện trở cao và yêu cầu bộ đệm / bộ khuếch đại để đo đầu ra. Đầu ra từ bộ đệm / bộ khuếch đại (op-amp) được gửi đến đầu vào đảo ngược của một op-amp khác trong cùng một gói (LMC6035) như một bộ so sánh. Một bộ chia điện áp được hình thành bởi R3 được sử dụng để cung cấp một điện áp tham chiếu. Đầu ra của bộ chia điện áp này được đưa vào các đầu vào không đảo của thứ hai op-amp trên IC op-amp kép LMC6035. Đầu ra đệm của cảm biến có thể được đo cho điện áp tín hiệu tại TP1 (+) và TP2 (-). Điện áp tham chiếu có sẵn tại TP3 (+) và TP4 (-).
Hình 2.16 Mạch điện module cảm biến MG811
Đầu ra của opamp B đi ra chân DOUT thông qua điện trở 1 kΩ cung cấp tương thích với TTL tín hiệu đến một vi điều khiển. Đầu ra này cũng kết nối với đèn LED màu đỏ trên mô-đun cảm biến khí. Chuyến đi điều chỉnh mức được thiết lập thông qua chiết áp R3. Đây chỉ là một bộ chia điện áp đơn giản cho phép bạn đặt điện áp từ 0V đến 3,3V. Điện áp này được so sánh với điện áp đến từ bộ đệm / opamp cảm biến khí. Khi điện áp từ cảm biến khí thấp hơn điện áp đặt bằng chiết áp R3, màu đỏ LED sẽ sáng và đầu ra DOUT sẽ cao (3,3 V). Điện áp từ cảm biến thực sự giảm xuống dưới dạng CO2
tăng. [18]
2.7.2 Sơ đồ thuật toán và chương trình viết cho cảm biến CO2
❖ Sơ đồ thuật toán
Hình 2. 17 Sơ đồ thuật toán
❖ Chương trình viết cho cảm biến CO2 nạp vào vi điều khiển
#include<Wire.h>
#include<LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 20, 4);
byte led1 = 8;
unsigned long time1 = 0;
void setup() { lcd.begin();
lcd.backlight();
Serial.begin(9600);
pinMode(led1,OUTPUT);
}
void loop() {
if ( (unsigned long) (millis() - time1) > 125000 ) {
if ( digitalRead(led1) == LOW ) {
digitalWrite(led1, HIGH);
time1 = millis()-100000;
} else {
digitalWrite(led1, LOW );
time1 = millis();
}
//time1 = millis();
}
float mg811;
float b;
mg811 = analogRead(A1);
float vol811 = mg811 * (5.0 / 1023.0);
b=vol811;
if(b<0.2){
b=0;
} else{
b = 0.499b3 - 2.6354b2 + 8.7169b - 2.0858;
}
lcd.setCursor(3,0);
lcd.print("Nogdo:");
lcd.setCursor(12,0);
lcd.print("DonVi");
lcd.setCursor(1,2);
lcd.print("CO2: ");
lcd.print(b);
lcd.setCursor(14,2);
lcd.print("%");
Serial.println(vol811);
delay(500);
lcd.clear();
}