MQ-2ガスセンサー：Arduinoでガス・煙警報器を作る

MQ-2は、空気中の可燃性ガスや煙を検知する、安価でとても普及しているガスセンサーです。LPG（プロパンガス）、プロパン、ブタン、メタン（都市ガス）、水素、アルコールの蒸気、煙に反応します。Arduinoのプロジェクトでは、台所のガス警報器、煙探知機、空気の質の表示器を作るのに使われています。この記事では、センサーの中身、正しい配線、予熱が欠かせない理由、読み取った値の解釈の仕方をステップごとに見ていきます。

MQ-2のしくみ

金属のメッシュの下には、二酸化スズ（SnO₂）でコーティングされた小さなセラミックの素子と、それを数百度に温めるヒーター線があります。きれいな空気の中では、素子の抵抗は高くなっています。可燃性ガスや煙が届くと、表面での化学反応で抵抗が下がります。ガスが濃いほど抵抗は低くなります。モジュールはこの抵抗の変化を分圧回路で電圧に変えます。ガスが増えるほど、AOピンの電圧は上がります。

モジュールのピンと配線

単体のMQ-2センサーには6本の足がありますが、プロジェクトではたいてい既製のモジュールを使います。モジュールには負荷抵抗、LM393コンパレーターチップ、しきい値を設定する小さなポテンショメーター、電源LED、警報LEDが載っています。AOピンはガスの濃度に比例した電圧を出し、DOピンはポテンショメーターで設定したしきい値をガスのレベルが超えると状態が変わります。

なぜ予熱が重要なのか

検出素子は、動作温度に達して初めて正しく反応します。電源を入れてから最初の数分は、AOの値が高いところから始まり、ゆっくり下がって落ち着きます。この間の読み取り値は当てになりません。そのため、コードでは最初の1〜3分は警報のチェックを飛ばすのがよいやり方です。新しいセンサーを初めて使うなら、値を安定させるために24〜48時間連続で動かす（エージング）ことがすすめられています。ヒーターが動いている間は金属のメッシュがかなり熱くなります。これは正常ですが、センサーのそばに燃えやすいものを置かないでください。

Arduinoでガス・煙警報器を作る

次のコードはアナログ値を読んでシリアルモニタに表示し、DOピンも確認します。アナログ値がしきい値を超えるか、DOピンがLOWになると、ブザーが鳴ります。

1const int AO_PIN = A0;
2const int DO_PIN = 2;
3const int BUZZER = 8;
4const int LIMIT = 400;          // analog eşik (0–1023) / analog threshold
5
6void setup() {
7  Serial.begin(9600);
8  pinMode(DO_PIN, INPUT);
9  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
10  delay(60000);                 // 1 dk ön ısıtma / 1 min warm-up
11}
12
13void loop() {
14  int value = analogRead(AO_PIN);
15  bool gas = digitalRead(DO_PIN) == LOW;   // çoğu modülde LOW = gaz / LOW = gas on most modules
16
17  Serial.println(value);
18
19  if (value > LIMIT || gas) {
20    tone(BUZZER, 2000, 300);    // alarm sesi / alarm tone
21  }
22  delay(500);
23}

ここでの400という値は決まったルールではありません。きれいな空気での値は、センサー、室温、湿度によって100〜300の間で変わります。まずセンサーを数分動かし、シリアルモニタできれいな空気での値を確認してから、それより十分高いところにしきい値を設定してください。テストするには、ライターのガスを火をつけずにセンサーの近くに一瞬近づけるだけで十分です。数秒で値が上がります。

アナログ値からppmへ：R0のキャリブレーション

モジュール上で、センサーは負荷抵抗（RL、ほとんどのモジュールでは1 kΩ）と分圧回路を構成しています。AOの電圧を使えば、センサーの抵抗（Rs）を計算できます。データシートのグラフは、ガスの濃度をRsそのものではなくRs/R0の比に対して示しています。R0は1000 ppmの水素中でのセンサーの抵抗で、きれいな空気ではRs/R0は約9.8です。つまり、きれいな空気中でセンサーを測り、9.8で割ればR0が求まります。

1const float RL = 1.0;           // yük direnci (kΩ) / load resistor (kΩ)
2const float CLEAN_AIR = 9.8;    // temiz havada Rs/R0 / Rs/R0 in clean air
3float R0;
4
5float readRs() {
6  float v = analogRead(A0) * 5.0 / 1023.0;
7  if (v < 0.01) v = 0.01;       // sıfıra bölmeyi önle / avoid dividing by zero
8  return RL * (5.0 - v) / v;    // bölücüden Rs / Rs from the divider
9}
10
11void setup() {
12  Serial.begin(9600);
13  delay(60000);                 // ön ısıtma / warm-up
14  float sum = 0;
15  for (int i = 0; i < 50; i++) {
16    sum += readRs();
17    delay(100);
18  }
19  R0 = (sum / 50) / CLEAN_AIR;  // temiz havada kalibrasyon / clean-air calibration
20}
21
22void loop() {
23  float ratio = readRs() / R0;  // gaz arttıkça küçülür / falls as gas rises
24  Serial.println(ratio);
25  delay(1000);
26}

比が9.8前後なら空気はきれいで、1を下回るとガスの濃度が高いことを意味します。この比をppmに換算するにはデータシートの対数の曲線を使います。MQUnifiedsensorのようなライブラリには、この曲線がすぐ使える形で入っています。それでも、結果は目安と考えてください。温度、湿度、センサーの経年劣化が読み取り値に影響し、MQ-2は多くのガスに同時に反応するため、どのガスを測っているのかを確実には見分けられません。DHT11を加えて温度と湿度を監視するのがおすすめです。

MQセンサーのシリーズ：どれを選ぶ？

ESP32とRaspberry Pi PicoでMQ-2を使う

MQ-2のヒーターには5 Vが必要なので、モジュールのVCCピンをESP32のVIN（5V）ピンにつなぎます。ただし、モジュールを5 Vで給電すると、AOの出力は5 Vまで上がることがありますが、ESP32とPicoのアナログ入力が受け付けるのは最大3.3 Vです。AOとアナログピンの間に10 kΩと20 kΩの抵抗でできた分圧回路を入れ、信号を安全なレベルまで下げてください。ESP32なら、ガスを検知したときにスマートフォンへ通知を送ったり、リレーで換気扇を回したりするのも簡単です。Raspberry Pi Picoでは、同じ警報器をMicroPythonで次のように書けます。

1from machine import ADC, Pin
2import time
3
4gas = ADC(26)                  # GP26 (ADC0), AO bölücü üzerinden / AO through a divider
5buzzer = Pin(15, Pin.OUT)
6LIMIT = 30000                  # 0–65535 arası eşik / threshold
7
8time.sleep(60)                 # ön ısıtma / warm-up
9while True:
10    value = gas.read_u16()
11    print(value)
12    buzzer.value(1 if value > LIMIT else 0)
13    time.sleep(0.5)

MQ-2のプロジェクトアイデア

• 台所のガス警報器：プロパンガスや都市ガスが漏れたら、ブザーを鳴らして赤いLEDを点ける警報器です。
• 煙探知機：作業場ではんだの煙や焦げたにおいを検知すると知らせるシステムです。
• 自動換気：ガスのレベルが上がると、リレーを通して換気扇を回す回路です。
• 炎とガスの警報器：MQ-2を炎センサーと組み合わせ、2つの危険を同時に見張ります。
• 通知付きのESP32検知器：ガスを検知したら、スマートフォンにTelegramのメッセージを送ります。
• 空気の質の表示器：測った比をOLEDディスプレイにグラフで表示します。

よくある間違いと対処法

• 電源を入れた直後に警報が鳴る：センサーがまだ温まっていません。最初の1〜3分は警報のチェックを飛ばしてください。
• 値がまったく変わらない：AOではなくDOピンがアナログ入力につながっているか、モジュールに5 Vが来ていません。
• DOUTのLEDが点きっぱなし：ポテンショメーターのしきい値が低すぎます。きれいな空気の中でLEDが消えるまで回してください。
• 1日のうちに値がずれる：温度と湿度が変わっています。ときどききれいな空気の中でしきい値を設定し直してください。
• ESP32でアナログ値がいつも最大：5 VのAO信号を直結しています。分圧回路を使ってください。
• 電池がすぐになくなる：ヒーターは常に約150 mAを消費します。MQ-2は電池で長時間動かすのには向いていません。

MQ-2をブザーやLEDと組み合わせるのは、センサーから本物の警報システムへ進むいちばん簡単な方法です。BlueGraysアプリには、ガスセンサーの基本、炎・ガスセンサーの警報器、ESP32のMQ-2ガス・煙検知警報器が、回路図とコード付きでそろっています。