Датчик газа MQ-2: сигнализация газа и дыма на Arduino

MQ-2 — дешёвый и очень распространённый датчик, который обнаруживает в воздухе горючие газы и дым. Он реагирует на сжиженный газ (пропан-бутан из баллона), пропан, бутан, метан (природный газ), водород, пары спирта и дым. В проектах на Arduino из него делают кухонные газовые сигнализации, датчики дыма и индикаторы качества воздуха. В этой статье шаг за шагом разберём, что находится внутри датчика, как правильно его подключить, почему прогрев обязателен и как понимать считанные значения.

Как работает MQ-2?

Под металлической сеткой находится маленький керамический элемент с покрытием из диоксида олова (SnO₂) и нагревательная спираль, которая разогревает его до нескольких сотен градусов. В чистом воздухе сопротивление элемента высокое. Когда до него доходит горючий газ или дым, химическая реакция на поверхности снижает сопротивление; чем выше концентрация газа, тем ниже сопротивление. Модуль превращает это изменение сопротивления в напряжение с помощью делителя напряжения: чем больше газа, тем выше напряжение на пине AO.

Пины модуля и подключение

У самого датчика MQ-2 6 ножек, но в проектах обычно используют готовый модуль. На модуле есть нагрузочный резистор, микросхема компаратора LM393, маленький потенциометр для настройки порога, светодиод питания и светодиод тревоги. Пин AO выдаёт напряжение, пропорциональное концентрации газа, а пин DO меняет состояние, когда уровень газа превышает порог, заданный потенциометром.

Почему важен прогрев?

Чувствительный элемент правильно реагирует, только когда достигает рабочей температуры. В первые минуты после включения значение AO сначала высокое, а потом медленно снижается и стабилизируется; показания за это время вводят в заблуждение. Поэтому в коде лучше пропускать проверку тревоги первые 1–3 минуты. Новый датчик перед первым использованием рекомендуется 24–48 часов держать включённым без перерыва (прожиг, burn-in), чтобы значения стали стабильными. Пока работает нагреватель, металлическая сетка заметно нагревается; это нормально, но не клади рядом с датчиком горючие материалы.

Сигнализация газа и дыма на Arduino

Код ниже считывает аналоговое значение и выводит его в монитор порта, а также проверяет пин DO. Если аналоговое значение превышает порог или на пине DO появляется LOW, включается зуммер:

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}

Значение 400 здесь — не жёсткое правило: в чистом воздухе показание может быть от 100 до 300 в зависимости от датчика, температуры и влажности в комнате. Сначала дай датчику поработать несколько минут и посмотри значение в чистом воздухе в мониторе порта, затем поставь порог заметно выше. Для проверки достаточно на мгновение поднести к датчику газ из зажигалки, не поджигая его; значение вырастет за несколько секунд.

От аналогового значения к ppm: калибровка R0

На модуле датчик вместе с нагрузочным резистором (RL, на большинстве модулей 1 kΩ) образует делитель напряжения. По напряжению на AO можно вычислить сопротивление датчика (Rs). Графики в даташите показывают концентрацию газа не в зависимости от самого Rs, а в зависимости от отношения Rs/R0; R0 — это сопротивление датчика в среде с 1000 ppm водорода, а в чистом воздухе Rs/R0 составляет около 9,8. Поэтому R0 находят так: измеряют датчик в чистом воздухе и делят результат на 9,8:

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}

Если отношение около 9,8, воздух чистый; падение ниже 1 означает высокую концентрацию газа. Чтобы перевести это отношение в ppm, используют логарифмические кривые из даташита; в библиотеках вроде MQUnifiedsensor эти кривые уже готовы к использованию. И всё же считай результат приблизительным: на показания влияют температура, влажность и возраст датчика, а поскольку MQ-2 реагирует сразу на много газов, он не может точно сказать, какой именно газ измеряет. Полезно добавить DHT11, чтобы следить за температурой и влажностью.

Семейство датчиков MQ: какой выбрать?

MQ-2 с ESP32 и Raspberry Pi Pico

Нагревателю MQ-2 нужно 5 V, поэтому пин VCC модуля подключи к пину VIN (5V) на ESP32. Но при питании модуля от 5 V выход AO может подниматься до 5 V, а аналоговые входы ESP32 и Pico принимают не больше 3,3 V. Поставь между AO и аналоговым пином делитель напряжения из резисторов 10 kΩ и 20 kΩ, чтобы снизить сигнал до безопасного уровня. С ESP32 легко отправить на телефон уведомление при обнаружении газа или включить вытяжной вентилятор через реле. На Raspberry Pi Pico та же сигнализация на MicroPython выглядит так:

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)

Идеи проектов с MQ-2

• Кухонная газовая сигнализация: включает зуммер и красный светодиод при утечке баллонного или природного газа.
• Датчик дыма: система, которая предупреждает, когда в мастерской появляется дым от пайки или запах гари.
• Автоматическая вентиляция: схема, которая через реле включает вытяжной вентилятор, когда уровень газа растёт.
• Сигнализация пламени и газа: объедини MQ-2 с датчиком пламени, чтобы следить сразу за обеими опасностями.
• Детектор на ESP32 с уведомлениями: отправляй сообщение в Telegram на телефон, когда обнаружен газ.
• Индикатор качества воздуха: показывай измеренное отношение графиком на OLED-дисплее.

Частые ошибки и как их исправить

• Тревога сразу после включения: датчик ещё не прогрелся; пропускай проверку тревоги первые 1–3 минуты.
• Значение не меняется: к аналоговому входу подключён пин DO вместо AO или на модуль не приходит 5 V.
• Светодиод DOUT горит всё время: порог на потенциометре слишком низкий; в чистом воздухе крути его, пока светодиод не погаснет.
• Значения плавают в течение дня: меняются температура и влажность; время от времени заново настраивай порог в чистом воздухе.
• На ESP32 аналоговое значение всё время максимальное: сигнал AO на 5 V подключён напрямую; используй делитель напряжения.
• Батарея быстро садится: нагреватель постоянно потребляет около 150 mA; MQ-2 не подходит для долгой работы от батарей.

MQ-2 вместе с зуммером и светодиодом — самый простой путь от датчиков к настоящей системе оповещения. В приложении BlueGrays есть основы работы с датчиками газа, сигнализация с датчиками пламени и газа и сигнализация-детектор газа и дыма на ESP32 с MQ-2, со схемами подключения и кодом.