MQ135 아두이노 대기오염 센서 (LCD16X2 키패드실드)

본 절은 [MQ-135] 아두이노 센서를 사용하기 위해 알아야 할 내용과 실습 방법에 대해 설명한다. 아두이노 센서의 특징, 동작원리, 사양, 연결 핀 배열, 출력 값, 주의사항을 알아본다. 아두이노와 센서를 연결하고, 간단한 코딩으로 센서를 쉽게 실습할 수 있다. 

 

목차

 

 

 

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MQ135 아두이노 대기오염 센서 (LCD16X2 키패드실드)

 

 

 

 

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MQ-135 센서란?

MQ-135 센서는 특정 가스(CO2, 연기, NH3, NOx, 알코올, 벤젠과 같은 일반적인 공기질 가스) 를 측정하거나 감지 할 때 MQ 시리즈 가스 센서는 가장 저렴하고 일반적으로 사용되는 센서다.  MQ135 센서는 모듈 또는 센서 단독으로 사용할 수 있다. 가스의 존재만 감지 (PPM을 측정하지 않음)하려는 경우에는 연산 증폭기 비교기와 디지털 출력 핀이 함께 제공되므로 모듈로 구입할 수 있다. 그러나 가스의 PPM을 측정 할 계획이라면 모듈없이 센서만 구입하는 것이 좋다.

 

 

 

 

 

다음은 센서의 데이터시트 파일이다. 

MQ135 Datasheet.pdf

0.14MB

 

 

 

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MQ 센서 특징

 

다음은 MQ 센서를 보여준다.  

 

MQ-2	Methane, Butane, LPG, Smoke
MQ-3	Alcohol, Ethanol, Smoke
MQ-4	Methane, CNG Gas
MQ-5	Natural gas, LPG
MQ-6	LPG, butane
MQ-7	Carbon Monoxide
MQ-8	Hydrogen Gas
MQ-9	Carbon Monoxide, flammable gasses
MQ131	Ozone
MQ135	Air Quality
MQ136	Hydrogen Sulphide gas
MQ137	Ammonia
MQ138	Benzene, Toluene, Alcohol, Propane, Formaldehyde gas, Hydrogen
MQ214	Methane, Natural Gas
MQ216	Natural gas, Coal Gas
MQ303A	Alcohol, Ethanol, smoke
MQ306A	LPG, butane
MQ307A	Carbon Monoxide
MQ309A	Carbon Monoxide, flammable gas

 

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MQ-135 아두이노 센서 특징

MQ-135 센서의 특징은 다음과 같다. 공기질 모니터, 암모니아, 질소 산화물, 알코올, 방향족 화합물, 황화물 및 연기와 같은 가스의 누출 / 과잉을 감지하는 데 사용될 수 있다. 

 

• 넓은 감지 범위
• 빠른 응답 및 고감도
• 안정적이고 긴 수명
• 작동 전압은 + 5V
• NH3, NOx, 알코올, 벤젠, 연기, CO2 등을 감지 / 측정
• 아날로그 출력 전압 : 0V ~ 5V
• 디지털 출력 전압 : 0V 또는 5V (TTL 로직)
• 예열 시간 20 초
• 디지털 또는 아날로그 센서로 사용 가능
• 전위차계를 사용하여 디지털 핀의 감도를 변경 가능

 

 

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MQ-135 센서 동작 원리

센서는 디지털 핀 또는 아날로그 핀을 사용할 수 있다. 5V로 모듈에 전원을 공급하기 만하면 모듈의 전원 LED가 켜지고 가스가 감지되지 않으면 출력 LED가 꺼진 상태로 유지되어 디지털 출력 핀이 0V가 된다. 센서는 실제로 사용하기 전에 예열 시간 (위의 기능에 언급 됨) 동안 계속 켜져 있어야 한다. 이제 감지하려는 가스에 센서가 노출될 경구, 출력이 높아질 때까지 전위차계를 사용하지 않으면 디지털 핀과 함께 출력 LED 가 출력된다.

 

센서가 특정 농도에서 가스에 노출될 될 때마다 디지털 핀은 높고 (5V), 그렇지 않으면 낮게 (0V) 유지된다.

아날로그 핀을 사용하여 동일한 결과를 얻을 수도 있다. 아두이노를 사용하여 아날로그 값 (0-5V)을 읽수 있다. 이 값은 센서가 감지하는 가스의 농도에 정비례한다. 이 값으로 실험하고 센서가 다른 농도의 가스에 어떻게 반응하는지 확인하고 그에 따라 프로그램을 개발할 수 있다.

 

[센서 PPM 측정방법]

MQ-135 가스 센서는 가스 감지 재료로 맑은 공기에서 더 높은 저항을 갖는 SnO2를 적용한다.  오염 가스가 증가하면 가스 센서의 저항도 함께 감소한다. MQ-135 센서를 사용하여 PPM을 측정하려면 MQ135 데이터 시트에서 가져온 (Rs / Ro) v / s PPM 그래프를 살펴 봐야 한다.

 

다음 그림은 여러 가스에 대한 MQ-135의 일반적인 감도 특성을 보여준다.

 

온도 : 20, 습도 : 65 %, O2 농도 21 %, RL = 20kΩ,
Ro : 깨끗한 공기에서 NH3의 100ppm에서 센서 저항.
Rs : 다양한 농도의 가스에서 센서 저항.  

Ro 값은 신선한 공기 (또는 우리가 비교하는 공기)의 저항 값이고 Rs 값은 가스 농도의 저항 값이다. 먼저 신선한 공기에서 Ro 값을 찾아 센서를 보정 한 다음 해당 값을 사용하여 아래 공식을 사용하여 Rs를 찾아야 한다.

 

   RS (Resistance of sensor) : RS=(Vc/VRL-1)xRL

 

Rs와 Ro를 계산하면 비율을 찾을 수 있으며 위에 표시된 그래프를 사용하여 해당 특정 가스에 대한 PPM의 등가 값을 계산할 수 있다.

 

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MQ-135 센서 구입하기

[MQ-135 센서]는 알리익스프레스, 네이버 쇼핑몰, 아마존 등에서 센서를 구입할 수 있다

 

 

 

 

 

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MQ-135 센서 하드웨어 연결

다음과 같이 MQ-135 아두이노 센서를 연결할 수 있다. 

 

 

 

 

 

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MQ-135 센서 소프트웨어 코딩

하드웨어 연결이 완료되면, 아두이노 IDE를 이용해 아두이노 센서 소스코드를 코딩할 수 있다. 

 

센서 코드는 다음과 같다. 

/*
   Air quality Sensor MQ135

   @ 모두의 아두이노 환경 센서 (Arduino Sensors for Everyone)
      https://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=18030644
   @ author STEAMEDU123 <steamedu123@gmail.com>
*/

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
}

void loop() {
  int avrPPM = averageAnalogRead(A1);
  int co2ppm = map(avrPPM, 0, 1023, 400, 5000);
  displayLCD(co2ppm);
}



//----------------------- Detect Sensor Loop -------------------------------------------

int averageAnalogRead(int pinToRead)
{
  byte count = 10;
  float value = 0;

  for (int x = 0 ; x < count ; x++) {
    value += analogRead(pinToRead);
    delay(20);
  }

  value = value / count;
  return (value);
}

//----------------------- Display Sensor -------------------------------------------

void displayLCD(int ppm) {
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("MQ135 Sensor");

  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("AirQua:");
  lcd.print(ppm);
  lcd.print(" PPM");

}

 

 

 

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MQ-135 센서 동작확인

하드웨어 연결, 소프트웨어 코딩이 완료되면 다음과 같이 동작 화면을 확인할 수 있다. 

 

------------------------------------------------------ 
개발환경 : WINDOWS 10 
아두이노 IDE : 1.8.13 
------------------------------------------------------ 
01 연결
 - 아두이노와 PC 연결 
 - 아두이노 IDE 실행 
 - 메뉴 → 툴 → 보드:아두이노 UNO 확인 
  - 메뉴 → 스케치 → 확인/컴파일 

02 컴파일 확인 

스케치>확인/컴파일(CTRL+R) 를 선택해서 컴파일을 진행한다.

 

 

03 아두이노 우노 업로드 

컴파일이 이상없이 완료되면 스케치>업로드(CTRL+U) 를 선택해서 컴파일 파일을 업로드 한다. 

04 동작 확인

다음과 같이 동작을 확인할 수 있다. 

 

 

 

 

 

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마무리

아두이노와 MQ-135 센서를 연결하고, 간단한 코딩으로 센서를 쉽게 실습할 수 있다. MQ-135 가스 센서는 대기 질 제어 장비에 사용되며 NH3, NOx, 알코올, 벤젠, 연기, CO2를 감지하거나 측정하는 데 적합하다. MQ-135 센서 모듈은 아두이노 없이도 작동 할 수 있도록 디지털 핀과 함께 제공된다. 특정 가스를 감지하려고 할 때 유용하게 사용할 수 있다. PPM에서 가스를 측정해야하는 경우 아날로그 핀을 사용해야한다. 아날로그 핀은 TTL 구동이며 5V에서 작동하므로 아두이노와 함께 사용할 수 있다.

 

 

[센서 응용 분야]

CO2, 연기, NH3, NOx, 알코올, 벤젠과 같은 일반적인 공기질 가스를 감지하거나 측정하는 센서를 찾고 있다면 이 센서가 적합한 선택 일 수 있다.

 

 

 

 

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모두의 아두이노 환경 센서 책

[모두의 아두이노 환경 센서] 책은 예스24, 인터넷 교보문고, 알라딘, 인터파크도서, 영풍문고, 반디앤루니스 , 도서11번가 등에서 구입할 수 있다. 이 책에서는 PMS7003, GP2Y1010AU0F, PPD42NS, SDS011 미세먼지 센서, DHT22 온습도 센서, MH-Z19B 이산화탄소 센서, ZE08-CH2O 포름알데히드 센서, CCS811 총휘발성유기화합물 TVOC, GDK101 방사선(감마선) 센서, MQ-131 오존(O3) 센서, MQ-7 일산화탄소, MICS-4514 이산화질소 센서, MICS-6814 암모니아 센서, DGS-SO2 아황산가스(SO2) 센서, BME280 기압 센서, GUVA-S12SD 자외선(UV) 센서, MD0550 기류 센서, QS-FS01 풍속 센서(Wind speed) 를 사용한다.  

모두의 아두이노 환경 센서