Подключение газового датчика TGS2600 к Raspberry Pi для обнаружения вредных газов

Обнаружение летучих сернистых соединений — основной причины мерзких запахов — требует датчика, способного чувствовать низкие концентрации. Figaro TGS2600 предназначен для этого. Он использует нагревательный чувствительный элемент, меняющий свое электрическое сопротивление при воздействии газов, таких как сероводород или метан. Измеряя это изменение сопротивления, датчик выдает аналоговое напряжение, растущее с увеличением концентрации газа.

Аналоговые vs цифровые сигналы

В отличие от цифровых сигналов, которые строго бинарны (0 или 1), аналоговые сигналы охватывают непрерывный диапазон. Простая аналогия — руль: вы можете поворачивать его плавно или блокировать полностью, тогда как цифровая система рулевого управления позволяла бы только полный левый или полный правый поворот. TGS2600 выдает полноценное аналоговое напряжение, но GPIO-пины Raspberry Pi могут читать только цифровые состояния.

Преобразование аналогового в цифровое на Pi

GPIO-пины Pi — 3,3 В цифровые входы. Когда применяется напряжение ниже ~1,1 В, пин читает LOW; выше ~1,4 В — HIGH. Чтобы запустить тревогу при обнаружении скачка датчиком, мы можем привести выход датчика чуть ниже порога и позволить любому резкому росту перейти в диапазон HIGH. Это устраняет необходимость во внешнем АЦП, если не требуются точные концентрационные значения.

Установка порога с резистивной лестницей

Выход TGS2600 может колебаться от 0 В (чистый воздух) до 3,3 В (сильное загрязнение). Одиночный резистор 47 кОм притягивает сигнал к земле, но вариации фонового воздуха все равно могут толкать напряжение выше порога GPIO. Добавляя цифровое управление резистивной лестницей — четыре резистора 47 кОм, каждый привязанный к GPIO-пину — мы можем избирательно соединять резисторы с землей и регулировать эффективное сопротивление в реальном времени. Это «цифро-аналоговое» преобразование позволяет Pi поддерживать стабильный порог обнаружения без ручной настройки.

Подключение датчика

У датчика четыре пина:

1. Нагревательный отрицательный
2. Электрод датчика отрицательный
3. Электрод датчика положительный
4. Нагревательный положительный

Разместите датчик через центральный зазор макетной платы. Соедините пины 3 и 4 с 3,3 В, а пины 1 и 2 — с землей. Выход датчика (пин 2) будет подаваться на резистивную лестницу и триггерный GPIO.

Подключение триггерного пина

Выключите Pi, затем подключите выход датчика к GPIO 4. Добавьте резистор 47 кОм между выходом и землей для установки базового напряжения. Дополнительные резисторы будут добавлены в следующем разделе.

Сборка резистивной лестницы DAC

Каждый из оставшихся четырех резисторов 47 кОм подключен параллельно к выходу датчика и выделенному GPIO-пину. Установка пина в OUTPUT и приведение его в LOW соединяет этот резистор с землей, притягивая напряжение датчика вниз. Установка пина в INPUT фактически отключает резистор. Комбинация активных резисторов определяет общее шунтирующее сопротивление и позволяет Pi держать выход датчика чуть ниже порога HIGH при переменных фоновых условиях.

Как это работает

Общее шунтирующее сопротивление всегда меньше любого отдельного резистора, так как они соединены параллельно. По мере активации большего числа резисторов эффективное сопротивление уменьшается, отводя больше тока от датчика и снижая его выходное напряжение. Этот цифровой контроль над аналоговым сигналом по сути является дешевым DAC, обеспечивающим отзывчивое и точное обнаружение газа.

Для более подробного руководства обратитесь к полному туториалу: Connect a sensor to your Raspberry Pi to warn you when there are noxious gases about!