Thứ Tư, Tháng Mười 27, 2021
Trang chủ DIY Arduino Tìm hiểu cách sử dụng cảm biến MQ-3

Tìm hiểu cách sử dụng cảm biến MQ-3

Chào các bạn, trong bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về cách sử dụng cảm biến MQ-3 nhé.

Trước khi bắt đầu, bạn nào muốn tìm hiểu kỹ hơn về cấu tạo của các cảm biến MQ có thể xem qua bài viết này: Tìm hiểu cấu tạo các cảm biến MQ.

Ok, vậy MQ-3 là gì?

Cảm biến MQ-3 (lastminuteengineers.com)

_ Nó là một loại cảm biến Metal Oxide Semiconductor (MOS), còn được gọi là Chemiresistors.

_ Bởi vì cảm biến dựa trên “sự thay đổi Điện trở” của vật liệu cảm biến khi tiếp xúc với tùy loại không khí.

_ Trong đó, MQ-3 đặc biệt nhạy cảm với cồn/rượu (Alcohol).

Sensitivity characteristics of the MQ-3

_ Ngoài ra nó cũng có thể phát hiện ra các loại khí khác tuy độ nhạy không bằng, như: Benzine, CH4, Hexane, LPG, CO.

! Bài viết này, mình sẽ chỉ tập trung phân tích cách sử dụng MQ-3 để đo được nồng độ Alcohol trong không khí.

Vậy làm sao để sử dụng MQ-3 với các “Vi điều khiển” khác, như board Arduino chẳng hạn?

_ Để sử dụng cảm biến MQ-3 cần được tích hợp vào mạch có chức năng chuyển đổi giá trị “Điện trở” thành giá trị “Điện áp (Analog)” tương ứng để Arduino đọc được.

MKL-S07 MQ-3 Alcohol sensor (Analog 3.3v)
Cảm Biến Nồng Độ Cồn MQ-3 (Analog 5v)

_ Lưu ý: ngoài dùng cho Arduino, có khả năng đọc được Analog từ mức 5v trở xuống. Có những “Vi điều khiển” chỉ đọc được Analog ở mức 3,3v trở xuống thôi. Do đó, trên thị trường cũng có một số mạch cảm biến thiết kế Output ở mức 3,3v nữa.

Rồi, giờ chúng ta sẽ phân tích cách sử dụng MQ-3!

! Mục tiêu của chúng ta là làm sao chuyển đổi từ giá trị “Điện áp (Analog)” sang đơn vị (mg/L).

_ Trước tiên, nhìn vào đồ thị trên ta thấy mối quan hệ giữa tỉ số RS/RO(mg/L). Trong đó, theo Datasheet MQ-3:

    • RS: sensor resistance at various concentrations of gases.
    • RO: sensor resistance at 0,4mg/L of Alcohol in the clean air.

_ Có thể thấy RS“Điện trở” của cảm biến, nó thay đổi tùy theo loại khí nó tiếp xúc.
_ Còn RO có thể xem là hệ số riêng của cảm biến đó.

! Để đi tiếp ta cần tìm được giá trị RSRO.

1. Tìm RS?

_ Thông thường, nếu bạn tra Schematic của các mạch cảm biến MQ sẽ thấy nó tạo một “Voltage Divider” với R2 (cũng chính là RL trong Datasheet) như hình dưới đây.

_ Vậy là chỉ cần biết R2 (các bạn chịu khó đo trên mỗi mạch nhé :-), thường dao động khoảng 1k~2k).

_ Với mỗi lần đo giá trị “Điện áp (Analog)” ta sẽ tính được giá trị RS tương ứng. Nhớ chú ý mức Logic của mạch cảm biến nữa.

2. Tìm RO?

_ Cũng theo đồ thị trên, có 2 cách tìm được RO:

    • Cách 1: Dùng 1 mẫu vật có nồng độ cồn 0,4mg/L đưa lại cảm biến. Lúc này tỉ số RS/RO = 1, tức với giá trị RS đo được cũng chính là giá trị RO.
    • Cách 2: Để cảm biến trong môi trường không khí sạch. Lúc này tỉ số RS/RO = 60, tương tự ta cũng có thể suy ra được RO từ giá trị RS đo được.

3. Cách tính ra giá trị (mg/L) tương ứng theo tỉ số RS/RO?

_ Mình sẽ giải thích qua các hình ảnh sau. Đây là công thức rút ra được từ đồ thị Log-Log trên.
_ Đây là cách mình rút ra được công thức trên.
_ Cuối cùng, đây là cách mình kiểm tra lại công thức xem có đúng chưa.

4. Ngoài sử dụng đơn vị (mg/L). Cách để đổi sang các đơn vị khác?

_ Mình sẽ giới thiệu một số đơn vị phổ biến sau:

    • BrAC: Nồng độ cồn trong ko khí, viết tắt của chữ Breath Alcohol Concentration.
      – Thường dùng đơn vị (mg/L).
      – Hay (ppm) nghĩa là 1 phần triệu, viết tắt của Parts Per Million.
      |
      – Tỉ lệ giữa (mg/L)(ppm) theo Datasheet là: 0,4 mg/L <=> 200ppm.
    • BAC: Nồng độ cồn trong máu, viết tắt của chữ Blood Alcohol Concentration.
      – Là một phép đo nồng độ cồn được sử dụng cho các mục đích pháp lý hoặc y tế.
      – Thường dùng đơn vị (%) hay đơn vị (g/mL).
      |
      Tỉ lệ giữa (mg/L) của BrAC và (%) của BAC là: 1 mg/L <=> 0,2% BAC.
      Tỉ lệ giữa (mg/L) của BrAC và (g/mL) của BAC là: 1 mg/L <=> 0,002 g/mL.

_ Vd: BAC 0,1% ⇒ có nghĩa là cứ 100mL máu thì có 0,1g cồn.

    • Mức BAC 0% tỉnh táo.
    • Mức BAC trên >0,4% = 0,004g/mL = 1.000ppm = 2mg/L có khả năng gây tử vong.
    • Ở Hoa Kỳ mức BAC dưới <0,08% = 0,0008g/mL = 200ppm = 0,4mg/L say hợp pháp, vẫn được phép lái xe.

! Theo Datasheet khả năng của MQ-3 đo được từ [0,05 – 10] (mg/L).

Nên với các đơn vị khác, ta cũng suy ra được phạm vi đo tương ứng, như:

    • Đơn vị (%BAC) có phạm vi đo được [0,01% – 2%] (BAC).
    • Đơn vị (g/mL) có phạm vi đo được [0,0001 – 0,02] (g/mL).
    • Đơn vị (ppm) có phạm vi đo được [25ppm – 5.000ppm].

Tóm lại

    • B1: Xác định R2 (cũng là RL).
    • B2: Xác định RO.
    • B3: Tính RS đo từ giá trị “Điện áp Analog”.
    • B4: Tính được tỉ số RS/RO.
    • B5: Suy ra được giá trị (mg/L) tương ứng theo “đồ thị Log-Log”.
    • B6: Đổi sang các đơn vị khác tùy theo mục đích sử dụng.

Ok vậy là xong rồi đó

Về Code các bạn có thể tự triển khai riêng, hoặc có thể tham khảo Thư viện mình viết riêng cho MQ-3 (để đơn giản thư viện này mình viết chỉ để dùng với Arduino thôi 🙁 ) ở đây.

! Các bạn lưu ý, các dòng cảm biến MQ chỉ là cảm biến dành cho mô hình, giá rẻ. Nên độ chính xác của nó chỉ dừng ở mức tương đối để chúng ta học tập nghiên cứu.

_ Ngay cả giữa các MQ-3 vẫn có sai số với nhau. Nên các công thức trên chủ yếu để các bạn tham khảo cách tiếp cận cảm biến thôi nhé.
_ Còn để ứng dụng thực tế, chúng ta cần tìm những cảm biến có các tiêu chuẩn khắc khe cao hơn nhiều (vd: các cảm biến dùng trong Công nghiệp), đương nhiên giá tiền cũng sẽ rất khác biệt ^^!

Hy vọng các bạn cảm thấy bài viết thú vị. Chúc các bạn thành công :-).

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments

Most Popular

Tìm hiểu CRC

🤔 Có bạn nào thắc mắc là các thiết bị điện tử ngoài việc chúng có thể giao tiếp trao đổi thông tin với...

Tìm hiểu Giao thức I2C

Có bạn nào thắc mắc làm sao giữa các thiết bị điện tử chúng có thể giao tiếp trao đổi data qua lại lẫn...

Tìm hiểu cách sử dụng các cảm biến Nhiệt độ & Độ ẩm DHT

Chắc nhiều bạn sinh viên cũng quá quen mấy con này rồi nhỉ. Nói không sai, DHT có thể xem như cảm biến quốc...

Tìm hiểu về Nhiệt độ biểu kiến cũng như Cách ta cảm nhận nhiệt độ

Có bạn nào từng thắc mắc rằng, tại sao đôi khi nhiệt độ ngoài trời không cao lắm, nhưng ta lại thấy nóng nực...

Recent Comments

0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x