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Gasalarm mit Gassensor MQ2

In einem von Gasaustritten gefährdeten Bereich soll ein Gassensor die Luftverschmutzung überwachen. Die aktuelle Gaskonzentration soll laufend angezeigt werden, bei einer zu hohen Konzentration von schädlichen Gasen soll ein akustisches Alarmsignal generiert werden.
Die Hauptkomponente der folgenden Schaltung stellt das Gaserkennungsmodul MQ2 dar. Der sich auf dem Modul befindliche Gassensor kann diverse schädliche Gase erkennen, unter anderem auch Butan- und Propangas, womit wir die Schaltung anschließend testen werden. Um die aktuelle Gaskonzentration in der Luft anzuzeigen, wird sein analoger Ausgang AO verwendet. Das Signal, nach passender Anpassung, steuert eine Balkenanzeige mit zehn Leuchtdioden (LED-Balken). So kann man laufend beobachten, wie stark die Luft gerade verschmutzt ist. Mit dem digitalen Ausgang DO des Gassensor-Moduls wird ein Summer gesteuert. Sobald die eingestellte Konzentration-Schwelle von unerwünschtem Gas überschritten wird, ertönt ein akustisches Signal.

Gassensor MQ2

Der Sensor MQ2 ist in der Lage, diverse Gase in der Luft festzustellen und derer Konzentration messen. Hierzu gehören LPG, I-Butan, Propan, Methan, Alkohol, Wasserstoff und Rauch. Der Sensor kann allerdings zwischen den Gasen nicht unterscheiden. Auf dem Modul befinden sich vier Anschlüsse. Zwei Anschlüsse, VCC und GND, sind für die Spannungsversorgung vorgesehen. Bei dem Anschluss DO handelt es sich um einen digitalen Ausgang. An dem Anschluss AO kann ein analoges Signal abgegriffen werden. Auf dem Modul befindet sich ein Poti, mit dem die Schaltschwelle des digitalen Ausgangs DO eingestellt werden kann. Eine rote Leuchtdiode signalisiert, ob der Sensor im Betrieb ist. Eine grüne Leuchtdiode leuchtet dann auf, wenn der digitale Ausgang DO geschaltet hat.

Die Spannungsversorgung des Sensors beträgt 5V. Er kann direkt an einen Mikrocontroller z.B. Arduino angeschlossen und ausgewertet werden. Nach dem Einschalten soll eine kurze Zeit abgewartet werden, bis sein internes Heizelement aufgewärmt hat.

Balkenanzeige

Der aktuelle Wert des analogen Ausgangs des Gassensors wird mithilfe einer Balkenanzeige visualisiert. Die Balkenanzeige DC10YWA besteht aus zehn Leuchtdioden und kann damit sehr gut für prozentuale Anzeige verwendet werden. Ein LED-Balken entspricht dann dem Wert von 10%.

Anzeigetreiber LM3914

Mit dem Anzeigetreiber kann der Verdrahtungsaufwand, der bei einer Balkenanzeige notwendig wäre, deutlich reduziert werden. Zusätzlich verfügt der Treiber LM3914 über Vorwiderstände für die LEDs, wodurch auch die Anzahl der Komponenten in einer Schaltung mit Balkenanzeige klein gehalten werden kann.

Akustisches Signal

Für akustisches Signal ist in der Schaltung ein aktiver Summer zuständig. Der Vorteil gegenüber einem passiven Summer ist die Tatsache, dass er über eine interne Elektronik verfügt. Gleich nachdem die Spannung angelegt wird, erfolgt ein akustisches Signal. Bei einem passiven Signalgeber muss man selbst für Ansteuerung und Tonerzeugung sorgen.

Spannungsregler

In der Schaltung ist ein Spannungsregler nicht zwingend notwendig. Man kann die Schaltung direkt mit 5VDC versorgen und auf weitere Maßnahmen verzichten. Hier kommt der Regler nur deswegen zum Einsatz, weil die Hauptspannungsversorgung 12 VDC beträgt und eine externe 5VDC Versorgung gerade nicht zur Verfügung stand. Bei dem Regler handelt es sich um ein „Made in China“ – Modul, das mit dem Regler LM2596 arbeitet.

Transistor LN2907A

Die Ausgänge des Sensor-Moduls sind für große Lasten nicht ausgelegt. Um den digitalen Ausgang nicht unnötig stark zu belasten, wird in den Kreis des Summers ein Transistor dazwischengeschaltet. Auf diese Weise, nach entsprechender Anpassung der Leistung des Transistors und der Last, können auch ganz große Lasten mit Strom versorgt werden. Bei dem Transistor handelt es sich um einen PNP-Transistor mit der Bezeichnung 2N2907A. Er verträgt Spannungen bis zu 60 V und kann Ströme bis zu 600 mA führen.

Schaltplan

Alle Komponenten der Schaltung arbeiten mit 5 VDC. Ggf. kann man auf den Spannungsregler verzichten und die Schaltung direkt mit 5 VDC versorgen. Der analoge Ausgang hat einen maximalen Ausschlag von 3,8 V. Das ergaben die Testversuche. Diese Spannung muss, damit die Balkenanzeige einwandfrei ihre Aufgabe erledigen kann, auf 1,25 V runtergeregelt werden. Das ist die Spannung, mit der der Anzeigetreiber arbeitet. Dies erreichen wir mit dem Spannungsteiler P1-R1. Der Wert des Potentiometers P1 kann nach der folgenden Formel berechnet werden:

P1 [Ω] = 10 000 [Ω] / 1,25 [V] * (3,8 [V] – 1,25 [V]) = 20400 [Ω].

Der Potentiometer P1 wird dem nach auf den Wert von ca. 20,4 k Ω eingestellt.
Für Berechnungen kann auch der E-Rechner genutzt werden:

Der Widerstand R2 ist ein Parameter-Widerstand, mit dem der LED-Strom bestimmt wird. Der Widerstand R3 ist mit der Basis des Transistors Tr1 verbunden. Er begrenzt den Basisstrom. Der digitale Ausgang des Gasmoduls liefert in normalen Zustand ein HIGH-Signal. Wird die mit dem Modul-Poti eingestellte Schwelle der Gaskonzentration überschritten, wechselt er seinen Zustand auf LOW.

Testschaltung

Kurzvideo

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