Датчики серии MQ-* и библиотека TroykaMQ

Реализация для MQ-4 с учётом модели влажности и температуры.
Это для таких извращенцев как я

Код (C++):

//For users MQ-4 sensors
//This example using model "value dependence on temperature and humidity"
//Data sheet - https://www.winsen-sensor.com/d/files/PDF/Semiconductor%20Gas%20Sensor/MQ-4%20(Ver1.4)%20-%20Manual.pdf
//mq4_schematic - http://wiki.amperka.ru/_media/%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%8B:mq4:troyka-mq4_schematic.png
//Pre-heating MQ-4 sensor done early (at 168 hours)
//The stand contains one MQ-4 sensor and one DHT-11 sensor for simpe example using MQ-4.

//Value dependence on temperature and humidity
// 1. Bounds.
//Humidity 0.0 ... 1.0 (0% ... 100% relative humidity)
//Temperature -10 deg. Cel. to 50 deg. Cel. But, when we using DHT-11, bounds shifting from 0 deg. Celcius to 50 deg. Celcius.
//ppm 200 ... 10000 ppm
// 2. Digitalized model from Data sheet, "Fig4. Typical temperature/humidity characteristics"
//k_hum = 0.00672096284322792*Hum + (-0.0159038179354688);
//b_hum = -0.741244323718154*Hum + 1.77535862501753;
// Model "dependence on temperature and humidity" RsR0 = RsR0_getting*(k_hum*temp + b_hum);
// 3. Constants.
//U0 in the clean air previously obtained concrete instance of the sensor MQ-4. Its value U0=92 from 1024 on analog pin.
//When Rs/R0 = ((1024/Us)-1)/((1024/U0)-1), then Rs/R0 = ((1024/Us)-1)*U0_const_clean_air.
//U0_const_clean_air = 1/((1024/U0)-1) = 0,0987124463519313
//For concrete instance of the sensor MQ-4 in the middle temperature and middle humidity was obtained shifting value Rs/R0 in clean air was getting from "U0_const_clean_air" with using model "value dependence on temperature and humidity"
//RsR0_clean_air = 1,31848506314236

#include <DHT.h> //For get actual temperature and humidity.
#define DHT_PIN 2
#define PIN_MQ4  A1

//Constants for MQ-4
#define Tconfidential_interval 3600000 //3600000 = One hour pre-heating needs for get stable value; your may using 40 minites or more every time after turn on the controller
#define U0_const_clean_air 0.09871245 // 1/((1024/U0)-1) = 0,0987124463519313, then ADC value = 92.
#define RsR0_clean_air_model_coefficient 1.318485 // Error of model then was getting Rs/R0 in clean air: Rs/R0 on data sheet = 1, then we using model Rs/R0 = 1.318485 (~32%): http://forum.amperka.ru/attachments/%D0%9C%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D1%87%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D1%83%D1%85%D0%B0-%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0-%D0%B8-%D0%B2%D0%BB%D0%B0%D0%B6%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-png.16701/
#define Refresh_H_n_T_period 20000 //300000 = 5 minutes. In millis, its for your choice, min - about 20000 ms. But better - minimum time reaction as a minimum time reaction of all components: DHT reaction - 2-5 minutes.
#define Output_period 20000 //60000 - One minute

//Humidity and temperature variables
float Hum=0.0;
float temp=0.0;

DHT dht; //dht init.
void setup() {
  Serial.begin(9600); Serial.println("------------ Starting ------------");
  dht.setup(DHT_PIN);
}


void loop() {
  String DataMessage;
  int Uadc;

  Refresh_Hum_n_Temp_values();

  if (millis()<Tconfidential_interval){
    delay(2000);
    Uadc = analogRead(PIN_MQ4);
    DataMessage+="Current value ADC = "; DataMessage+=String(Uadc); Serial.print(DataMessage);
    DataMessage ="; Heating is performed on "; DataMessage+=String((millis()/float(Tconfidential_interval))*100); DataMessage +="%; Minutes left: "; DataMessage+=String((float(Tconfidential_interval)-millis())/60000);Serial.println(DataMessage);Serial.println("--------------------------------------------------------------------------------");
  }
  else{
    Uadc = analogRead(PIN_MQ4);
    delay(Output_period);
    Serial.println("-------------------------");
    ppm_model(Uadc);
    ppm_model_hum_n_tepm(Uadc);
  }
}

void Refresh_Hum_n_Temp_values(){
  //This is not real-time timer, only for this example
  static unsigned long previousMillis;
  if (millis() - previousMillis > Refresh_H_n_T_period){
    previousMillis=millis();
    //Get humidity and temperature variables from DHT-11
    delay(dht.getMinimumSamplingPeriod());
    temp = dht.getTemperature();
    Hum = (dht.getHumidity())/100;
  }
}

void ppm_model(int ADC_value){
  //Get ppm by model free from humidity and tempereature
  unsigned int MyPPM=(23.99428*pow(((1024/(float(ADC_value)-1)*U0_const_clean_air)/RsR0_clean_air_model_coefficient),-1.659292));//http://forum.amperka.ru/attachments/formula5-png.16324/
  Serial.print("PPM_MODEL free hum and temp = ");Serial.println(MyPPM);
}

void ppm_model_hum_n_tepm(int ADC_value){
  float RsR0=((1024/(float(ADC_value)-1)*U0_const_clean_air)); Serial.print("--- RsR0, not corrected =  ");Serial.println(RsR0,6);
  float Correction_hum_n_temp; Serial.print("--- Hum = "); Serial.print(Hum*100,0);Serial.print(", temp = ");Serial.print(temp,0);Serial.print(", ");

  if(Hum <= 0 or Hum >= 0.95 or temp <=0 or temp >=60 ){
    Correction_hum_n_temp = 1.0;
    Serial.println("Out of limit, using typical values: Correction_hum_n_temp = 1");
  }else{
    float k_hum = 0.00672096284322792*Hum + (-0.0159038179354688);
    float b_hum = -0.741244323718154*Hum + 1.77535862501753;
    //Serial.print("k_hum = ");Serial.print(k_hum);Serial.print(", b_hum =");Serial.println(b_hum);
    Correction_hum_n_temp = (k_hum*temp + b_hum)/RsR0_clean_air_model_coefficient;
    Serial.print("Correction_hum_n_temp =");Serial.println(Correction_hum_n_temp,6);
  }

  RsR0 = RsR0*Correction_hum_n_temp; Serial.print("--- RsR0 corrected =  ");Serial.println(RsR0,6);
  float MyPPM=(23.99428*pow(RsR0,-1.659292)); Serial.print("PPM_MODEL hum and temp correction = ");Serial.println(MyPPM);
}

Теперь давайте посмотрим, что эта модель нам даёт. Измерения проводились по-быстрому, вместе с подготовкой измерения заняли где-то час. Правильно, конечно, измерять в течении длительного времения, так, чтобы захватить несколько периодов длиной в сутки с их периодичность тепмературы и влажности. Но и того что было сделано для демонстрации должно быть достаточно.

Чисто теоретически нормированные графики должны были почти совпасть, и это "почти", т.е. небольшая разница и должна была стать результатом сравнения моделей с учётом температуры и влажности, а также без их учёта. Но поскольку, я делал всё по-быстрому, вылезли дополнительные погрешности в виде несовершенных датчиков DHT-11 с их инертностью, которая составляет 2-5 минут + конденсат.
Модель то, конечно, работает, но посмотрим какой у нас результат? Ха-ха-ха, - всего 1% разницы. С учётом других погрешностей в районе 30% не бог весть что.
Это не означает, что следует пренебрегать компенсацией температуры и влажности. На длинных дистанциях, таких, как "сезон" (зима, весна, лето, осень) очень может пригодиться. Для кратковременных измерений - точно нет. Если говорим о сезонах, то с учётом того, что датчик MQ-XX служит максимум 5 лет, получаем кол-во сезонов в количестве 20 штук. Надо заморачиваться с температурой и влажностью или нет здесь решает каждый сам.
Потом, датчик работает в комнатных условиях, во всяком случае под крышей/навесом, в сарае, котельной и т.п. Если, скажем, в комнате 8 кв. метров (Data sheet) находятся 2 человека с температурой 36,6, то каждый из них выдыхает СО2, пукает, потеет, осуществляет какую-то деятельность. Не знаю, какая поверхность кожи у человека, но по-любому она больше, чем у вашего маслянного нагревателя, используемого в межсезонье. Если прилетят инопланетяне, посмотрят на нас в нашей среде обитания, то сразу испугаются и улетят обратно в свою далёкую галактику . Это я к тому, что деятельность Человека на объекте измерения не поддаётся анализу и мы можем получить вообще странные показания, даже если они правдивые. Поэтому я, лично, вижу возможность использования датчиков MQ-XX с учётом температуры и влажности на удалённых объектах без Человека.
В общем, я поделился своим мнением, а как поступать каждый решает сам.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ДОБАВЛЕНО 12.05.2019. Ошибки в модели.
Была допущена ошибка в определении ppm:
ppm_model()
БЫЛО не правильно:

СТАЛО правильно:

ppm_model_hum_n_tepm()
БЫЛО не правильно:

СТАЛО правильно:

Ошибка уже исправлена в коде выше, можно пользоваться. Приношу извинения .

 

В принципе, я получил, что хотел. Остался пока один вопрос: что такое "Power of Sensitivity body"?
Выдержка из Data sheet Power of Sensitivity body (Ps): Ps=Vc^2×Rs/(Rs+RL)^2
Где Vc - измеряемое нами напряжение, Rs - измеренное нами сопротивление, а RL - сопротивление установленное на датчик.
Размерность этой Ps есть Вольт квадрат на Ом. Чем ниже RL, тем выше "сила чувствительности". Это и дураку понятно, смысл какой в этом?
Со значениями RL я разобрался - проще простого. Может так задаются потенциально возможные значения АЦП (диапазон)? Может мне кто грамотно объяснить?

 

Так задаются потенциально возможные значения АЦП.

 

Здравствуйте, товарищи.
Итоги.
Данный пост был сформирован в результате политики газовых компаний, которые по указанию государства действительно снизили цену на подключение газа, но монетизировали свой недополученный доход в виде дополнительных услуг, от которых, как оказалось, не возможно отказаться . Я был злой и решил рассмотреть альтернативные варианты. Выбор пал на проекты ARDUINO, и на самую, как мне кажется, лучшую компанию в своём сегменте - Амперку.
В процессе изучения библиотеки для датчиков MQ-XX выявилось много косяков, с чего, собственно пост и начинается.
К сожалению, изысканиями пришлось заниматься совершенно самостоятельно, т.к. на формуе я техподдержки не получил (ну может быть несколько лайков от приятных собеседников).
Результаты все могут увидеть выше. Они не очень презентабельные, скажем так. Но зато совершенно бесплатные. Даже если я где-то накосясил, то всё равно, общий подход считаю верным.
Использованные материалы:

• Сайт Амперки;
• Формум Амперки;
• Переходный процесс: https://www.researchgate.net/public...nO2_gas_sensor_based_on_second-order_response
• Что-то, более-менее похожее на правду: https://github.com/ControlEverythingCommunity/ADC121C_MQ4
• Модели от Девида (правда он ошибся, но поход верный): http://davidegironi.blogspot.com/2017/05/mq-gas-sensor-correlation-function.html
• Документ простенький, но там есть ссылки: http://www.jcomputers.us/vol13/jcp1303-06.pdf
• Это не научная работа, а околонаучная, но плюс в том, что ребята работу всё-таки закончили, смотрите красивые графики: https://www.mdpi.com/1424-8220/18/5/1446/htm
• Интересно было сравнить с уровнями по ГОСТ: https://www.mdpi.com/1424-8220/18/5/1446/s1
• Тоже интересно, но, боюсь, в реальности практического смысла не имеет, впрочем, эта работа только подтверждение квалификации авторов: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050917329137
• На мой взгляд, это наиболее адекватная статья, правда есть смысл поспорить относительно разбиения одной модели ppm на несколько с разными характеристиками: http://security-corp.org/programming/24197-belyy-kub-na-strazhe-chistoty-vozduha-chast-2.html
• То, что исследуют, в основном, данные по температуре говорит о том, что ребята просто набирают нужное им количество публикаций для решения своих задач, но посмотреть стот: http://www.iosrjournals.org/iosr-jece/papers/Vol. 10 Issue 3/Version-4/H010344552.pdf
• А это моя любимая статья , могу себе предствить как эта работа сдавалась , ребята испробовали и пиво, и ликёр, и вино. Ликёр очень сладкий, мужики, обычно, не любят, наверное, пригласили прекрасных дам. Клёвые студенты . И как написано хорошо : http://www.diva-portal.se/smash/get/diva2:1117729/FULLTEXT01.pdf

До того, как я ещё не стал злым от реакции на суровую действительность об ARDUINO не знал вообще ничего, кроме каких-то упоминаний в некоторых статьях. Мои проблемы давно решены, дело было в вентиляции, что кстати, не только по наитию, но и по результатам измерений удалось зафиксировать, и, в дальнейшем, решить. Так что закупленные компоненты для мини-проекта себя финансово точно "отбили". И самое главное, - я получил удовольствие от такой работы. Всех агитирую заниматься проектами ARDUINO!

В общем всё, я кончил!

 

Здравствуйте, товарищи!
Наткнулся случайно на этот пост:
http://meteolab.ru/ru/edu/arduino/sensor/gas/
Мат. модель мне нравится, но определение значения на чистом воздухе взято от балды. Не уверен ни разу в работоспособности приведённого примера.
Тем не менее, работа была проведена, и с ней имеет смысл ознакомиться. Самое интересное - ссылки на источники в посте.
Всем удачи!

 

Спасибо. Интересно. Только вот с этим утвердением не согласен "Наиболее важным является мониторинг содержания пяти загрязняющих газов: NO, NO2, CO, SO2, O3"
Какой же NO2 загрязняющий газ? Это очень даже веселящий газ!

 

Боюсь Вас разочаровать. NO2 вреден в указанных концентрациях, и он как проба манту - индикатор текущего состояния.
Веселятся от него, пожалуй, разве только что менеджеры вредных производств, сумевшие обмануть органы технадзора.

 

Ардуино - маразм и библиотека TroykaMQ-master - маразм. По памяти. В ардуино: применяется правое выравнивание в АЦП, т.е. старшие 6 разрядов равны нулю. После переводит результат в float,проверяет старший разряд и куча кода, если число отрицательно (дополнительный код, проверка переполнения ...), но 6 старших разрядов нулевые!!! положительные. В библиотеке: зачем вообще переводить числа в float? Пять делить на 1024, после умножать на значение АЦП. Можно просто оперировать 10-битными числами, любое измерение хоть чистого, хоть грязного воздуха по сути есть 10-битное число. Нужно только перевести, насколько помню, 27 Ом - табличное число в 10 бит.

 

Как интересно. Кто же инициировал дискуссию? Пойду шапочку из фольги надену.
1. Критику я высказал ранее, да, не комильфо. Замечания здесь: http://forum.amperka.ru/threads/Датчики-серии-mq-и-библиотека-troykamq.16377/page-5#post-214779
2. Библиотека обучающая, та, которая обучает основную аудиторию Амперки. Для этого и сделана. Вы против?
3. Очень важно: похоже, вы мыслите не в том ключе. Да, Вы правы, но! Правы в конкретном случае. Процесс то аналоговый. Значения возможны все.

 

Вася, это не ардуино - маразм, а расчеты автора и его "модель"

Андрей Новичок - вот это что за бред

Код (C++):

 float k_hum = 0.00672096284322792*Hum + (-0.0159038179354688);
    float b_hum = -0.741244323718154*Hum + 1.77535862501753;

Вы в курсе, что точность ардуиновского флоат - не более 5-6 значащих цифр?
Все остальные цифры после запятой - в ваших формулах абсолютно бесполезны. И если вы внимательно почитаете чужие ответы в ветке - вы увидите, что вам уже несколько человек об этом говорили.

Единственное, что можно сказать по этой формуле - что вы ничего не понимаете в математике.
Люди без математического, а чаще просто без образования - очень любят формулы с огромными бессмысленными коэффициентами.

 

Разумеется. Хоть и опыт не большой.

Автор не стремился сделать красиво. Автору было интересно как ведёт себя физический процесс. И решение его конкретных задач.
Вы снова уходите в сторону от реальности. Обсуждаете только программирование. Решение задач всегда комплексное.
Вы хотите упрекнуть меня в незнании контроллеров? Я не знаю. Мне до лампочки. Я беру инструмент и пользую его.
Вот, скажем, недавно купил Гоноровского, Цепи и сигналы, изучаю по новой теорему о вычетах.
Вы, простите, ограничиваетесь, только дискретной математикой.
Шапочки из фольги привет.

ДОБАВЛЕНО: так быстро прочесть всю ветку и вынести решение о том, что говорилось об использованных числовых переменных за пару минут не реально. Подумайте, что пишите.

 

Не очень по теме, из прошлого.
ДОБАВЛЕНО: это было понятно изначально. Начал забывать уже.

 

я и не читал всех ваших рассуждений. Мне вполне достаточно тех двух формул из вашей "модели", что я процитировал в #130
Я рассуждаю с точки зрения математики и программирования. Вы поместили свою "модель" в скетч, исполняемый на конкретном языке программирования с конкретными ограничениями. Так вот, эти ограничения не позволяют вам работать с коэффициентами точнее чем 5-6 знаков после запятой. ВСЕ. После этого вся ваша заумная теория не имеет ровно никакого значения, раз результат ее невозможно отразить в коде.

Это реализация. Теперь рассмотрим саму модель. Если не ошибаюсь, она описывает 4 точки на графике из даташита, которые вы переводили в значения вручную? Вы пробовали хотя бы приблизительно прикинуть точность этих данных? Думаете, она даст хотя бы 4 знака после запятой? А если нет - какого ж фига вы рассчитываете модель до 17 цифры?
Судя по всему, в ВУЗе вы статистику не проходили. Или прогуляли. Иначе знали бы главное правило - точность результата никогда не может быть лучше точности исходных данных. Если ваши данные - 4 знака после запятой, значит в результате не может быть 18.
Если вы даете формулу с 18 знаками - вы расписываетесь в своем полном невежестве в математической статистике и просто в здравом смысле.

А что касается ваших длинных рассуждений - Вы заметили, как мало народу обсуждало ваши пассажи? Это бывает в двух случаях - когда они настолько сложные, что никому не понятны. и когда автор несет такой бред. что даже связываться противно. Вы думаете, ваш случай к какому ближе?

 

не тешьте себя мыслью, что ваша формула имеет какой-то физический смысл. 17 цифр после запятой бессмысленны и с точки зрения математики, а уж с точки зрения физики реального процесса - это просто чушь в квадрате.
Вы потратили 1.5 года на рассчет зубодробительной формулы, которую можно было вывести в Экселе за один вечер.
Надеюсь, что вы сами хоть чему-то научились за это время, иначе оно просто потрачено впустую.

 

Я с вами полностью согласен, и подтверждаю все что написали. Перестаньте сыпать бомбами с высоты ваших познаний.
"Длинные" числа это копи-паста из вычислений в электронной таблице для наглядности тем, кто хочет разобраться. Компилятор их прекрасно прожуёт, как и многие другие огрехи.

 

Уважаемый Вася, нас прервали.
1. Библиотеку не используйте никакую. Если посмотрите начало этого поста то он, собственно, и начинается с вежливого вопроса, который кратко звучит "А что это за фигня?"
2. Касательно разрядности. При использовании электрохимических датчиков в быту потенциальные границы измерений определяются жизненными обстоятельствами. Скажем, при ppm=1000, жизнедеятельность организма мягко говоря под угрозой. А эта тысяча, кстати, точка отсчёта для характеристики датчика (см. Data Sheet). И очевидно, что диапазон интересующих нас измерений лежит в определённых границах.
3. Ограничение значений, которые преобразуются АЦП также связаны с обвязкой датчика.

Я использовал 2 датчика от производителя и 2 левых из Али. Там стоит подтягивающий резистор в 20к (пишу по памяти). Но на рынке присутствуют также с резисторами на 10 и 5к. Потенциально динамический диапазон разный.

Если вы всё-таки решили как-то использовать этот датчик-убожество, то в бытовых условиях нет никакого другого решения, кроме как определять R0 рекомендуемыми выше методами.

 

В чем тут "наглядность"? чем эти цифры помогут "тем, кто хочет разобраться"?

Код (C++):

float k_hum = 0.00672096284322792*Hum + (-0.0159038179354688);

Напишите вот так и не позорьтесь. это будет в миллион раз правильнее:

Код (C++):

float k_hum = 0.00672*Hum -0.01590;

В саму суть вашей формулы, повторяю - я не вникаю, хочется вам верить, что вы открыли "сокровенное знание" про MQ4 - верьте на здоровье. Но чушь с точки зрения математики в своих расчетвах уберите

 

вы не поняли того, о чем писал Вася. Он писал о разрядности АЦП на ардуине, которая ВСЕГДА 10 бит и не определяется ни "жизненными обстоятельствами". ни "политической целесообразностью"

 

Разрядность АЦП для медленно изменяющихся сигналов можно повысить не хитрым способом.

 

Процесс аналоговый, но как может быть отрицательным сопротивление датчика? В этом маразм!