代码收藏家技术教程 2023-03-13

MQ-2烟雾传感器模块在STM32上的功能实现

认识MQ-2模块与其工作原理

MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。当处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大，与MQ-7类似。

与MQ-7一样，MQ-2一共有4个引脚，分别是GND、DOUT、AOUT和VCC。VCC是电源引脚，用于给模块供电，可以理解为正极，一般接3.3V或者5V。GND连接模块的地线，可以理解为是负极，通常是0V。DOUT是数字输出引脚，用于输出数字信号。AOUT是模拟输出引脚，用于输出模拟信号。我们一般使用AOUT引脚也就是读取模块输出的模拟信号。

32单片机可以通过模数转换器（ADC）读取传感器输出的模拟电压信号，而我们需要做的则是根据传感器特性曲线函数将电压值转换为烟雾浓度值。

MQ-2传感器特性曲线

如图，假如说要测量CH4的ppm，则可以取对应的坐标点，然后作成函数。

CH4_ppm	200	500	800	1000	1100
Rs/Ro	3	2.2	1.9	1.8	1.4

模块与32单片机的连接

这里我使用的单片机型号为STM32F407ze，上面也说过，要获得MQ-2测量的数据就要使用模数转换器（ADC），所以需要选择具有ADC功能的引脚，哪一个引脚拥有ADC功能可以通过查阅单片机的资料可知。

通过查阅资料，我选择具有ADC功能的PA4引脚，PA4与CAMERA的第5引脚相连，所以只需要将MQ-7的AOUT引脚通过杜邦线接到CAMERA的第5引脚即可。剩下的就是接电源线了，随便找两个满足要求的引脚即可。

具有ADC功能的引脚

硬件连接

代码功能实现

本次使用MQ-2传感器监测CH4的浓度。32单片机通过ADC（模数转换器）读取MQ-2传感器输出的模拟电压信号。首先可以先获取ADC在一定时间内的平均值，其次，可以利用公式将ADC的平均值转化为MQ-2的输出电压值，接着根据这个电压信号和传感器特性曲线（即上图中的带黄色三角形的折线）计算出CH4的浓度。例如，定义Smog_Get_Vol()函数用于读取MQ-2传感器的电压值。它使用了STM32的ADC模块来获取模拟信号，并将其转换为数字值。接着，函数将模拟电压值转换为数字值，并将其除以4096.0，以获得0到3.3V范围内的电压值。最后，函数返回电压值，该值与CH4的浓度成正比。然后再定义Smog_GetPPM()函数用于计算MQ-2传感器检测到的CH4浓度。在这个函数里先通过调用Smog_Get_Vol()函数来获取MQ-2传感器的电压值。然后，计算MQ-2传感器的电阻值(RS)，该值基于传感器的电压值和电路中的电阻值。在这里，电路中的电阻值(RL)和空气中的CH4浓度下MQ-2传感器的电阻值(R0)是预先确定的常量。最后，该函数计算CH4的浓度(ppm)，并返回该值。

模块部分

本次将ADC部分代码与MQ-2融合到一起写：

MQ2.c

#include "mq2.h"

#define CAL_PPM  10  // 校准环境中PPM值
#define RL	     10  // RL阻值
#define R0	     26  // R0阻值


void MQ2_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef      GPIO_InitStructure;
	ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
	ADC_InitTypeDef       ADC_InitStructure;
	
	/* 引脚和ADC的时钟使能　*/
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);  
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

	/*　配置引脚为模拟功能模式　*/
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;		//模拟功能模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	/*　ADC的常规配置　*/
	ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//独立模式
	ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2;		//84ＭＨｚ/2　＝　42ＭＨｚ
	ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;	//禁止MDA
	ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;	//ADC通道采用间隔
	ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);

	/* ADC1 初始化 ****************************************************************/
	ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;		//分辨率
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;				//禁止扫描			
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;			//连续转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//不需要外部触发
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;		//数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;					//一次转换
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
	
	//ADC1的采样通道4放入规则通道１中
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_4, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);

	/* 使能 ADC1 */
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
}

uint32_t MQ2_ADC_Read(void)
{
	/* 启动软件触发检测 */ 
	ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
	
	//等待转换结束
	while( ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
	
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

//计算平均值
u16 ADC1_Average_Data(u8 ADC_Channel)
{
	u16 temp_val=0;
	u8 t;
	for(t=0;t<SMOG_READ_TIMES;t++)	//#define SMOG_READ_TIMES	10	定义烟雾传感器读取次数,读这么多次,然后取平均值

	{
		temp_val+=MQ2_ADC_Read();	//读取ADC值
		delay_ms(5);
	}
	temp_val/=SMOG_READ_TIMES;//得到平均值
    return (u16)temp_val;//返回算出的ADC平均值
}

//读取MQ7传感器的电压值
float Smog_Get_Vol(void)
{
	u16 adc_value = 0;//这是从MQ-7传感器模块电压输出的ADC转换中获得的原始数字值，该值的范围为0到4095，将模拟电压表示为数字值
	float voltage = 0;//MQ-7传感器模块的电压输出，与一氧化碳的浓度成正比
	
	adc_value = ADC1_Average_Data(ADC_Channel_4);//#define SMOG_ADC_CHX	ADC_Channel_4	定义烟雾传感器所在的ADC通道编号
	delay_ms(5);
	
    voltage  = (3.3/4096.0)*(adc_value);
	
	return voltage;
}
/*********************
// 传感器校准函数，根据当前环境PPM值与测得的RS电压值，反推出R0值。
// 在空气中运行过后测出R0为26
float MQ7_PPM_Calibration()
{
	float RS = 0;
	float R0 = 0;
	RS = (3.3f - Smog_Get_Vol()) / Smog_Get_Vol() * RL;//RL	10  // RL阻值
	R0 = RS / pow(CAL_PPM / 98.322, 1 / -1.458f);//CAL_PPM  10  // 校准环境中PPM值
	return R0;
}
**********************/

// 计算Smog_ppm
float Smog_GetPPM()
{
	float RS = (3.3f - Smog_Get_Vol()) / Smog_Get_Vol() * RL;
	float ppm = 98.322f * pow(RS/R0, -1.458f);
	return  ppm;
}

mq2.h

#ifndef _MQ2_H
#define _MQ2_H

//C文件中需要的其他的头文件
#include <stm32f4xx.h>
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "math.h"

#define SMOG_READ_TIMES	10				//定义烟雾传感器读取次数,读这么多次,然后取平均值

//C文件中定义的函数的声明
void MQ2_Init(void);
float Smog_Get_Vol(void);	//读取MQ7传感器的电压值
//float MQ7_PPM_Calibration(void);
float Smog_GetPPM(void);

#endif

主函数部分

main.c

#include <stm32f4xx.h>
#include "sys.h"
#include <stdio.h>
#include "delay.h"
#include "uart.h"
#include "mq7.h"

//重定向fputc函数
int fputc(int ch, FILE *F)
{
	//通过串口1发送数据到PC
	USART_SendData(USART1, ch);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);//等待发送数据完毕
	
	return ch;
}

u8 Smog_yu = 30;//CO的阈值	

int main(void)
{
	float Smog_ppm = 0;
	
	//确定系统定时器的工作频率  内核的工作频率/8 = 168MHz/8 = 21MHz
	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
	
	UART1_Config();//配置串口
	
	MQ2_Init();
	
	
	while(1)
	{
		Smog_ppm = Smog_GetPPM();
		
		printf("烟雾浓度：%.3f  烟雾阈值：%d\n",Smog_ppm, Smog_yu);
		
	}
	
	return 0;
}