同步采样对比 MQ系列气敏传感器，证实术业有专攻（原创）

t3486784401 · 发表于 2021-6-11 11:01:24

玩过 Arduino 的朋友可能大多接触过 MQ 系列气敏头，利用材料电阻率随特定气体浓度变化的特性，制成气敏电阻，用于检测空气中有害气体（氢气、甲烷等），进而实现漏气报警。

由于输出是电阻这样的模拟信号，加之气敏头需要额外供电预热，气敏头多以模块形式出现。一般 Arduino 气敏模块集成了供电、分压转换、模拟比较器等功能，同时有数字量、模拟量输出。

实际使用中 MQ 系列传感器外观相近，今对常见型号进行比对测试，证实了术业各有专攻，特来分享。

【背景】

MQ 系列气敏头（模块）针对不同气体有多种型号，但外观大致相似：

千篇一律的外观和底板，区别只是个不干胶标签。如果标签无意或有意贴错，基本上没可能肉眼识别。更糟糕的是模块的敏感气体并不单一，甲烷模块可能对酒精也有反应，只是敏感度略低。

这里附上常见 MQ 系列的选型表，大多针对还原性气体有反应：

理论上区分型号的根本依据应该类似于光谱谱线图，即对各种气体敏感度的综合走势。为了研究这些模块各自特性，并确认标签没有胡乱贴错，有必要搭建一个同步采样平台。

【原理】

传感器以套件的形式买最为合适，虽说是店家临时把各种型号装成一大包，但至少保证货源差别不大，避免不同厂家、批次的有较大出入，尽可能降低比对中的不确定性。

由于传感器为气敏电阻分压结构，因而对于电源的稳定性要求较高；另一方面传感器自身有加热装置，每套上百 mA 的电流消耗也是 Arduino 无法统一提供的。

最终每路传感器都由各自独立的 7805 供电，单路原理如下：

所有 7805 的高压端 VI 由外电源统一供电；而 Arduino 主板使用 USB 电源即可实现供电+通信。实际测试过程中，由 Arduino 主板（准）同步采样各模块 AO 信号，即可实现传感器比对。

【硬件】

由于传感器数量众多，常规 Arduino UNO 的模拟端不够采样数目，因而使用 Arduino MEGA 进行测试。
画个 MEGA 的扩展板避免众多跳线，同时可以有效防止接触不良：

板子上总计有 9 路 MQ 测试座，每组测试座由一片独立的 78M05 供电。焊上后的样子：

焊上剩余的接插件，扩展板完工：

插上众气敏模块，有点内味儿了：

再插上 MEGA 底板，通电就是扑面而来的热浪：

实测外部供电电流达到了 1.3A，还好设计了各路独立的 7805，否则直接带不动。

【软件】

软件上并无太多复杂之处，使用 MEGA 依次读取各路 ADC 电压数值，并回传 PC 即可。编程自然是 Arduino IDE 最为合适，毕竟 MEGA 比较庞大，再去对照 AVR 引脚太费事。

附上上述测试工程源码：

利用 Arduino IDE 自带的绘图功能，可以直接识别串口数据，并绘制测试曲线：

这样一来短期测试可以直接用这个曲线来看走势；长期还是用串口助手保存成日志文件更为稳妥。

【效果】

手头没有太多气源，只拿简单酒精、打火机丁烷进行了测试。曲线变化还是有一定规律的：

可以看到对于这些激励，各敏感头响应不尽相同，但有如下几个简单结论：
a. 红色曲线(MQ3) 对于远处微弱的酒精反应灵敏，与选型表相吻合；
b. 青色曲线(MQ7) 对于酒精、丁烷都相当敏感，与实际一氧化碳有偏差，想必属于重叠干扰。

再往深了挖，想要通过曲线走势识别出是什么气体污染，目测得上人工神经网络（ANN）模型。
虽然不少探头对临近气体有反应，但反应的程度各不相同，相当于光谱走势有别。

若以已知气源逐次训练 ANN 模型，想要识别某种未知气体应该不是难事。

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以上，用 Arduino MEGA 扩展板形式搭建了一个 MQ 气敏头同步采样平台，对常见的传感模块进行了初步比对。结果证实模块各自的敏感范围不尽相同，但同时也存在重叠区间，容易受到性质相近气体干扰。

后期如果有多种被测气源，假以人工神经网络（ANN）模型训练，做出个气体识别的专家系统也未尝不可。

最后祝大家折腾愉快！

lyy-cy · 发表于 2021-6-11 12:39:51

很好、很专业。:praise::praise::praise:

cncc000 · 发表于 2021-6-11 16:27:32

:lol:好厉害的人啊

ahyu99 · 发表于 2021-6-11 17:55:59

光是有这么多的传感器，就知道，已经很专业了。

892777011 · 发表于 2021-6-11 20:17:22

刚用esp8266做了个空气质量检测器

t3486784401 · 发表于 2021-6-11 21:07:26

892777011 发表于 2021-6-11 20:17
刚用esp8266做了个空气质量检测器

塞了不少头子进去啊，那个小的铁壳（空气质量）和大铁网（MQ）感觉监测范围有点重叠；

红外光的尘埃传感器不错，我家炒个菜，卧室角落里的尘埃传感器都有反应（其实油烟机不咋地）。

推荐个 SGP30，好用不贵，关键是体积小

t3486784401 · 发表于 2021-6-11 21:09:20

892777011 发表于 2021-6-11 20:17
刚用esp8266做了个空气质量检测器

另外这个液晶是串口 HMI 屏吧，今年涨价夸张不？

wllzhk · 发表于 2021-6-11 21:19:13

硬说的话你这是时序数据，得用LSTM/RNN可能效果会好一些
不过我觉得划分一下，SVM凑活凑活得了

892777011 · 发表于 2021-6-11 21:31:22

t3486784401 发表于 2021-6-11 21:07
塞了不少头子进去啊，那个小的铁壳（空气质量）和大铁网（MQ）感觉监测范围有点重叠；

红外光的尘埃传感 ...

那个是MP503,大的是MQ135,两个都是空气质量传感器，因为感觉电化学传感器比较玄学，所以做了两个互为对比，主要是最近在房间烟抽的比较多，夏天开了空调又不好通风，想看看空气到底咋样，顺便把数据上传做长期检测

892777011 · 发表于 2021-6-11 21:34:11

t3486784401 发表于 2021-6-11 21:09
另外这个液晶是串口 HMI 屏吧，今年涨价夸张不？

的确是串口HMI屏，用起来方便点，之前买的50左右，2.4寸的。现在要一百多，毕竟有颗价值连城的stm32嘛::smile:

892777011 · 发表于 2021-6-11 21:39:57

SGP30的确不错，但价格不便宜啊，均价要40左右，这个检测器成本都一百多了，就用普通的用吧，另外看了你的贴子也想买墨水屏玩玩了

t3486784401 · 发表于 2021-6-11 21:44:50

wllzhk 发表于 2021-6-11 21:19
硬说的话你这是时序数据，得用LSTM/RNN可能效果会好一些
不过我觉得划分一下，SVM凑活凑活得了 ...

行家啊，能在 Arduino 上跑出 CPU 的香气....

t3486784401 · 发表于 2021-6-11 21:50:22

892777011 发表于 2021-6-11 21:31
那个是MP503,大的是MQ135,两个都是空气质量传感器，因为感觉电化学传感器比较玄学，所以做了两个互为对比 ...

感谢科普型号！

气敏传感器都一个德行，就算 SGP30 也是有抽风的时候。
我放在卧室里的 SGP30，只要家门口酒精消毒剂喷一下，半小时内 eCO2、TVOC 全爆表。
有时候工作好好的 SGP30 自己的基线修正算法就炸了，接连几个小时爆表缓不过来，只能手动重启。

只是想安静地测个 CO2 避免太久不开窗，这逼得我都要去买红外激光的了

t3486784401 · 发表于 2021-6-11 21:53:45

892777011 发表于 2021-6-11 21:39
SGP30的确不错，但价格不便宜啊，均价要40左右，这个检测器成本都一百多了，就用普通的用吧，另外看了你的 ...

去年在家隔离入手了一片 SGP30，Arduino 怎么都跑不起来，相同代码已经用过 SGP30 的。
为验证是否系静电损坏，就在同一家买了第二片，然后同样的 BUG 让人欲哭无泪。

后来发现是 Adafruit 大姐的库有漏洞，在新型号的 SGP30 上因为 ID 识别不出来就罢工....
这学费交的....