(DIY) Detector de humo con sensor de gas MQ2 y Arduino

Los detectores de humo son muy útiles detectando el mismo y el fuego en los edificios, siendo un factor de seguridad importante. En esta oportunidad,  vamos a construir un circuito DIY detector de humo que no solo detectara el mismo en el aire, sino que también leerá  su nivel en partes por millón (PPM).

Este circuito activa un buzzer  cuando el  nivel del humo supera las 1000 partes por millón; este límite puede ser cambiado en el código del programa de acuerdo a los requerimientos. El  circuito utiliza principalmente  el sensor de humo/gas  MQ2 y un Arduino uno  para detectar y calcular el nivel del humo.  El sensor de gas MQ2 es también sensible al LPG, Alcohol, Metano etc.

Este detector de humo puede ser construido fácilmente en un protoboard o en una placa perforada, pero nosotros hemos decidido hacerla como una Shield de Arduino en PCB.

Hemos usado el simulador y diseñador de PCB en línea EasyEDA para construir la Shield detector de humo para Arduino.

En este artículo explicamos todo el proceso y también proveemos el diseño del PCB para la Shield de Arduino, además  usted puede ordenar esta Shield  ya hecha si la necesita.

Componentes requeridos:

. Arduino UNO

. Shield Detector de humo para arduino (o su propio diseño)

. Fuente de alimentación

Componentes para la Shield  detector de humo Arduino.

. Sensor de humo (MQ2)

. Resistencias (10K y 1K)

. Buzzer

. LCD 16X2

. Potenciometro  10K

. LED

. LM358

. Regleta pin hembra

Diseñando la Shield detector de humo para Arduino:

Para diseñar la Shield detector de humo para Arduino  hemos usado EasyEDA, donde primero diseñamos el esquemático y luego lo convertimos  a PCB utilizando la función de auto ruteo de EasyEDA.

Para diseñar el circuito y el PCB de la Shield detector de humo para Arduino, escogimos EasyEDA que es una herramienta libre en línea, siendo una solución para el desarrollo de tus proyectos electrónicos con facilidad.

Esta te ofrece captura del esquemático,  simulación Spice, diseño gratis del PCB y también te brinda el servicio de fabricación de PCB de alta calidad personalizado a bajo precio. Allí en el editor encontraras una larga lista de librerías de componentes, que harán fácil la búsqueda rápida de las partes que desees.

Hemos hecho público el circuito y el PCB de la Shield del Detector de Humo; puedes seguir el siguiente enlace para acceder al diagrama del circuito y al diseño del PCB.

Abajo esta la capa Top del PCB desde EasyEDA;  puedes ver cualquier capa (Top, Bottom, Topsilk, bottomsilk  etc) del PCB seleccionando  desde la ventana  ‘Layers’.

Ordenando el PCB en línea:

Después de completar el diseño del PCB, puedes hacer clic en el icono de fabricación, el cual te llevara a la página para ordenar el PCB.  Aquí puedes ver tu PCB en el visor Gerber o puedes descargar tus archivos Gerber  para  enviarlos a cualquier fabricante, pero es más fácil (y barato) ordenarlos directamente a EasyEDA.

Aquí puedes seleccionar el número de PCBs que quieres ordenar, de cuantas capas lo necesitas, el grosor del PCB, el ancho del cobre e incluso el color del PCB. Después de haber seleccionado todas las opciones, haz clic en “Save to Cart” y completa tu orden, recibirás tus PCBs en pocos días.

Después de pocos días de ordenar el PCB, recibimos la Shield Detector de Humo con Arduino y encontramos que  estaba bien empacado y la calidad era bastante buena.

Después de tener los PCBs , montamos y soldamos todos los componentes requeridos quedando lista como se puede ver aquí:

Ahora solo necesitamos colocar la Shield Detector de Humo sobre el Arduino. Se debe alinear los pines de la Shield firmemente y presionar sobre el  Arduino. Ahora solo hay que cargar el código al Arduino  y alimentar el circuito y ¡listo! tu detector de humo está preparado para probarse. Mira el video de abajo para la demostración.

Explicación del circuito.

En este circuito detector de humo con Arduino, hemos usado el sensor de gas MQ2 para detectar el humo en el aire. Un Display LCD 2X16 es usado para mostrar el valor de PPM del humo. Y un LM358 para convertir la salida del sensor en una señal digital (esta función es opcional).

Un Buzzer es utilizado como alarma después de ser disparado cuando el nivel de humo sube a más de 1000 PPM.

Las conexiones para este proyecto son muy simples, tenemos un circuito comparador para comparar la salida del voltaje del sensor de humo con un voltaje de referencia (la salida está conectada al pin D7).

También  la salida del sensor de humo está conectada a uno de los pines análogos de Arduino (A0). El Buzzer  está conectado al pin D9. Las conexiones del LCD son las mismas de los ejemplos que están disponibles en la IDE de Arduino (12, 11, 5, 4, 3, 2). Las demás conexiones son mostradas en el siguiente esquemático.

Nota: En el circuito necesitamos cortocircuitar los  3 pines del conector J2 para poder calcular las PPM del humo.

Explicación del programa:

El programa para este proyecto es un poco difícil de hacer. El usuario necesita leer la datasheet muy cuidadosamente y entender los cálculos para este proyecto. Debemos medir la caída en la curva de la concentración del humo con respecto al aire limpio.

Después de leer la datasheet, obtenemos algunos valores que necesitaremos en el código para calcular las PPM del humo en el aire. Aquí es donde principalmente necesitamos los valores de la curva (tomamos dos puntos desde la curva), la resistencia del sensor (será calculada en el código), la constante del aire limpio (9.83) y la resistencia de carga (hemos usado 10k).

Podemos encontrar los valores de la curva desde la datasheet y podemos poner una resistencia de carga de entre 5k -54k y entonces calcularemos la resistencia del sensor desde esos valores y los de las muestras del humo.

Tomamos dos puntos desde la curva y tomamos el inicio de ellos como el punto uno: (lg200, lg3.4)= (2.3,0.53) y el punto dos: (lg10000,lg0.63)=(4,-0.20). Luego encontramos la caída de la curva usando esta fórmula: (y2-y1)/(x2-x1), entonces tomamos el punto uno y la caída (-0.44) y los usamos en el programa (x,y,slope). Abajo hay más  revisiones al programa para entender los cálculos.

Para ver el proyecto completo con su código ensamblado, visite la página del proyecto en circuit digest.

Video.