Детектор для обнаружения утечки газа на Arduino

Сжиженный нефтяной газ (LPG — liquified petroleum gas) используется сейчас в большинстве домохозяйств, однако его утечка может привести к тяжелым последствиям. Для предотвращения и обнаружения утечек этого газа разработано достаточно большое число разнообразных устройств. В этой статье мы разработаем детектор обнаружения утечки данного газа на основе платы Arduino. При обнаружении утечки газа детектор будет выдавать сигнал тревоги в виде звукового сигнала.

Мы будем использовать модуль обнаружения сжиженного нефтяного газа для обнаружения его утечки. При утечке газа этот модуль будет выдавать импульс высокого напряжения на своем контакте DO. А плата Arduino будет периодически проверять сигнал на этом контакте и когда она обнаружит на нем сигнал высокого уровня, то она будет высвечивать на экране жидкокристаллического (ЖК) дисплея сообщение “LPG Gas Leakage Alert” (тревога – утечка газа) и включать звонок (зуммер), который будет звенеть до тех пор пока не прекратится утечка газа. А когда модуль обнаружения утечки газа будет выдавать сигнал низкого уровня на своем контакте, то Arduino будет показывать на дисплее сообщение “No LPG Gas Leakage” (нет утечки газа).

Схема работы устройства представлена на следующем рисунке.

Необходимые компоненты

1. Плата Arduino Pro Mini (купить на AliExpress).
2. Модуль обнаружения утечки газа MQ3 (купить на AliExpress).
3. Зуммер (буззер) (купить на AliExpress).
4. Транзистор BC547 (купить на AliExpress).
5. ЖК дисплей 16×2 (купить на AliExpress).
6. Резистор 1 кОм (купить на AliExpress).
7. Макетная плата.
8. Батарейка на 9 В.
9. Соединительные провода.

Модуль обнаружения утечки газа

Этот модуль содержит датчик MQ3, который способен обнаруживать сжиженный нефтяной газ, и компаратор (LM393) для сравнения выходного напряжения датчика MQ3 с опорным напряжением. Потенциометр используется для управления чувствительностью модуля. Этот модуль достаточно легко подсоединить к плате Arduino, а в иностранных интернет магазинах его также достаточно легко приобрести введя там в строке поиска запрос “LPG Gas Sensor Module”. Его также можно сконструировать самостоятельно используя датчик MQ3 и компаратор LM358 или LM393.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

На представленной схеме можно увидеть плату Arduino, модуль обнаружения утечки газа, звонок и ЖК дисплей 16×2. Arduino контролирует весь процесс функционирования устройства: считывание сигнала с выхода модуля обнаружения утечки газа, передача сообщений в ЖК дисплей и включение звонка. Чувствительность модуля обнаружения утечки газа можно отрегулировать с помощью потенциометра, присутствующего на нем.

Контакт DO модуля обнаружения утечки газа непосредственно соединен с контактом 18 (A4), а его контакты Vcc (питание) и GND (земля) соединены с контактами Vcc и GND Arduino. Модуль обнаружения утечки газа включает в своем составе датчик MQ3, который непосредственно обнаруживает сжиженный нефтяной газ (LPG). Этот датчик включает нагревательный элемент, которому нужно нагреться до определенной температуры чтобы датчик стал функционировать должным образом. Обычно этот процесс занимает около 15 минут. Компаратор в составе модуля обнаружения утечки газа используется для конвертации аналогового значения с выхода датчика MQ3 в цифровое. ЖК дисплей 16×2 соединен с платой Arduino в 4-битном режиме. Управляющие контакты RS, RW и En напрямую подсоединены к контактам 2, GND и 3 Arduino. Контакты для передачи данных D4-D7 подсоединены к контактам 4, 5, 6, 7 Arduino. Звонок подключен к контакту 13 Arduino через транзистор NPN BC547, в базу которого включен резистор сопротивлением 1 кОм.

Исходный код программы

В тексте программы мы будем использовать функцию считывания значений с цифрового выхода Arduino чтобы считывать значение с цифрового выхода модуля обнаружения утечки газа и потом выполнять необходимые управляющие действия. Эта последовательность действий программируется следующим кодом:

Для тестирования работоспособности устройства мы будем использовать сигарету, содержащую сжиженный нефтяной газ. Далее представлен полный код программы.

#include <LiquidCrystal.h> // подключение библиотеки для работы с ЖК дисплеем
LiquidCrystal lcd(3, 2, 4, 5, 6, 7); //контакты, к которым подключен ЖК дисплей
#define lpg_sensor 18 // контакт, к которому подключен модуль обнаружения утечки газа
#define buzzer 13 // контакт, к которому подключен звонок
void setup()
{
 pinMode(lpg_sensor, INPUT); // на ввод данных
 pinMode(buzzer, OUTPUT); // на вывод данных
 lcd.begin(16, 2);
 lcd.print(«LPG Gas Detector»);
 lcd.setCursor(0,1);
 lcd.print(«Circuit Digest»);
 delay(2000);
}
void loop()
{
 if(digitalRead(lpg_sensor)) //если на выходе модуля обнаружения утечки газа сигнал высокого уровня
 {
  digitalWrite(buzzer, HIGH);
  lcd.clear();
  lcd.print(«LPG Gas Leakage»);
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(» Alert «);
  delay(400);
  digitalWrite(buzzer, LOW);
  delay(500);
 }
 else
 {
  digitalWrite(buzzer, LOW);
  lcd.clear();
  lcd.print(» No LPG Gas «);
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print(» Leakage «);
  delay(1000);
 }
}

Видео, демонстрирующее работу схемы