Arduino 入門 Lesson 56 【MQ-3 アルコールセンサその３】

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Arduino 入門
Lesson 56
【MQ-3 アルコールセンサその３】

こにんちは、管理人のomoroyaです。

センサーの使い方の基本を学習する入門編。

世の中には、まだまだ色々なセンサーがあります。

これからも、色々なセンサーで遊んでいきます。

本記事はLesson 56 【MQ-3 アルコールセンサその３】です。

Lesson 54、でMQ-3、アルコールセンサの基本制御を理解。

Lesson 55でMQ-3とプラス電子部品で遊びました。

本Lessonでは、MQ-3センサのアナログ出力を利用して遊びたいと思います。
※前回までは、デジタル出力を利用

アルコールを検知したら電圧閾値（検出量）に応じてLEDを光らせるといった具合です。

簡易的な、アルコール検出インジケータを作るイメージ。

アナログ出力の値をアナログ入力で読み取りAD変換しスケッチにて場合分けするだけです。

Lesson 54、Lesson 55にてA0を利用してすでに値の読み取りは実施済み。

あとは、場合分けするスケッチとLEDを組み合わせるだけです。

それほど難しい内容ではありません。

MQ-2：LPG・煙センサ
MQ-3：アルコールセンサ　←　本Lessonで使用
MQ-4：メタンガスセンサ
MQ-5：LPG液化石油ガスセンサ（天然ガス、都市ガス）
MQ-6：LPG液化石油ガスセンサ（プロパン、ブタン）
MQ-7：一酸化炭素ガスセンサ
MQ-8：水素ガスセンサ
MQ-9：ガスセンサ（一酸化炭素、石炭ガス、液化天然ガス）
MQ-135：空気質センサ（ベンゼン、アルコール、煙）

※あっていると思いますが・・・間違えていたらご了承ください。

本Lessonで使用する「MQ-3ガスセンサ」は以下が同等品となります。
※prime対応品（prime対応でなければ他にもあり）

HUABAN 2枚 MQ-3 MQ3特殊アルコールエタノールガスセンサーモジュール

HUABAN

Amazonでの単品購入は割高です。

単品購入の場合は、国内の電子部品専門店をお探しください。

ただし、送料等をかんがえると単品購入は微妙なところ。

そのためセンサーキットをおすすめ。
※センサーキット　prime対応品　出荷元：Amazon

HUABAN 1パックの合計9枚 MQ-2 MQ-3 MQ-4 MQ-5 MQ-6 MQ-7 MQ-8 MQ-9 MQ-135ガスセンサーモジュールスターターキット

HUABAN

Arduino入門編の解説にて使用しているArduinoは互換品です。

互換品とは言え、Arduinoはオープンソースであり複製して販売するのもライセンス的に問題なし。

そのため互換品の品質も悪くなく、それでいて値段は安いです。

正規品本体の値段程度で豊富な部品が多数ついています。

ELEGOO Arduino用UNO R3スターターキットレベルアップチュートリアル付 mega2560 r3 nanoと互換 [並行輸入品]

ELEGOO

ELEGOO Arduino用のUNO R3 最終版スタータキット UNOチュートリアル付 (63 Items)

ELEGOO

正規品（Arduino UNO R3）の本体単品がほしい方はこちらとなります。

Arduino Uno Rev3 A000066

Arduino (アルドゥイーノ)

Arduino入門編2では「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」にて遊ぶため今のところは正規品を使用。（まだ互換品が・・・ほぼない）

Arduino UNO R4 Minima [ABX00080] - Renesas RA4M1 - USB-C、CAN、DAC (12ビット)、OP AMP、SWDコネクター。

Arduino (アルドゥイーノ)

Arduino (アルドゥイーノ)

はじめに
Lesson 56 目標
準備
1. 必要なもの
使用部品説明
実践回路作成とコード作成
まとめ
最後に
Amazonでお得に買う方法

はじめに

本Lessonはアルコールを検知量に応じてLEDを光らせます。

使用する電子部品は、MQ-3センサとLED。

本Lesson開始前に「アナログ入力」に関して下記Lessonを読んでおくとわかりやすいです。

Arduino 入門番外編 05 【アナログ入力とは】

今回は、「Arduino 入門番外編０５アナログ入力とは」です。arduino 入門番外編はarduinoの基本的なことを書いていく方向性にする予定です。今回は、arduinoのアナログ入力について解説していきます。…

Lesson 56 目標

本Lessonの目標は以下です。

１．MQ-3センサの使い方を復習
２．MQ-3センサを動かしLEDを光らせるスケッチを描く
３．MQ-3でアルコール量を検出してLEDの光る数を変えて遊ぶ

いつものように、遊ぶことが重要です。

MQ-3センサは、これまでのLM393を使用したセンサモジュールと考え方は同じ。

そのため、簡単な測定であればスケッチもそれほど難しくありません。

ただし、動作の詳細を理解するためには多少の電子回路の知識が必要・・・。

回路がわからなくても遊べる、使える、作れるのがArduinoの良いところ。

準備

ではLessonの準備に取り掛かりましょう。

部品は「MQ-3センサモジュール」「LED」「抵抗」を使用。

ただし、動作の見た目を分かり易くするために自作のLチカも使います。

必要なもの

USB接続用のPC（IDE統合環境がインストールされたPC）
→管理人が勝手に比較したBTOメーカーを紹介しています。
UNO R3(以下UNO)、おすすめUNO互換品（ELEGOO）
PCとUNOを接続するUSBケーブル
ブレッドボード安価（大）、ブレッドボード安価（中）
※おすすめブレッドボード（大）、おすすめブレッドボード（中）
MQ-3 アルコールエタノールガスセンサーモジュール
発光ダイオード 5mm LED ダイオード4本
抵抗 330Ω 4つ
M-M Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）
M-F Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）

※ブレッドボードはセンサとUNOを直接つなぐ場合不要です。
※ジャンパワイヤーは「M-M」「M-F」を必要に応じて使い分けてください。

発光ダイオードは、有色、無色タイプから好みで選択。
※ダイオードセット　prime対応品　出荷元：Amazon

【200個】DiCUNO 発光ダイオード 5mm LED ダイオード高輝度円型頭部 5色ダイオードセット白赤緑青黄 5色各40個

DiCUNO

【100個】DiCUNO 発光ダイオード 5mm LED ダイオード透明高輝度円型頭部 10色ダイオードセット白赤緑青黄 10色各10個

DiCUNO

Jumper wire、抵抗は今後も頻繁に利用します。

Jumper wireはできれば、「オス-メスオス-オスメス –メス」の３種類を揃えておくことをお勧めします。

ELEGOO 120pcs多色デュポンワイヤー、arduino用ワイヤ—ゲ—ジ28AWG オス-メスオス-オスメス –メスブレッドボードジャンパーワイヤー

ELEGOO

短めが使いやすい場合も。

ブレッドボード・ジャンパーワイヤー 40*6ピン 10cm Emith デュポンケーブル Arduino Raspberry piに適用ジャンパー線 6本セット

Emith

抵抗も単品で揃えるよりはセットをおすすめします。

OSOYOO(オソヨー)金属皮膜抵抗器抵抗セット 10Ω~1MΩ 30種類各20本入り合計600本 (600本セット)

OSOYOO

ELEGOO 17値1％抵抗器、0オーム〜1Mオーム（525本）

ELEGOO

抵抗、LEDなどを個別でセット品を購入しても、そんなに使わない！

という方は、「電子工作基本部品セット」が使い勝手が良い。

OSOYOO(オソヨー) 電子工作基本部品セット LED 5色合計100PCS 金属皮膜抵抗器 30種類合計600本電解コンデンサ 12種類合計120本セラミックコンデンサー 30種類合計300本ダイオード 8種類合計100本トランジスタ 17種類合計170本 (電子部品セット6種類)

OSOYOO

使用部品説明

「MQ-3センサモジュール」「LED」について説明していきます。

ここはLesson 54、Lesson 03にも記載があります。

必要ない方は飛ばしましょう！

MQ-3センサモジュール（アルコール検知）　実物写真

下の写真が「MQ-3センサモジュール」の実物写真です。

本Lessonで使用するものは、回路が基板実装されたもの。

「MQ-3センサ」「LM393」「チップ抵抗」「チップコンデンサ」「LED」で構成されています。

左側：MQ-3センサ搭載の表面

右側：「LM393」「チップ抵抗」「チップコンデンサ」「LED」実装面

MQ-3センサモジュール（アルコール検知）　回路図

MQ-3センサモジュールの回路図を示します。

MQ-3センサ、電圧コンパレータIC（LM393）が実装されたモジュールの回路図となります。

ここは、電子回路の知識が少し必要になるため興味がない場合はすっ飛ばしてください。

回路図はテスタを使って部品の接続を1つ1つ確認したのでおそらく合っているはず・・・。

VCC　 Arduinoの5Vに接続
GND　ArduinoのGNDに接続
D0　　Arduinoのデジタル入力ピンへ接続（使わない場合接続不要）
A0　　Arduinoのアナログ入力ピンへ接続（使わない場合接続不要）

補足
アルコールを検知することでセンサ内の抵抗値がかわり、コンパレータの閾値をこえると検出する仕組みと考えられます。

本LessonではD0、A0を以下の用途に使います。

D0：Lチカ（外付けLEDの点灯）
A0：コンパレータ入力のレベル確認

MQ-3センサモジュール（アルコール検知）　仕様

MQ-3センサのデータシートは検索すれば閲覧可能です。

データシート（外部サイト）

■仕様抜粋

Pin No.	Pin Name	Function
1	VCC	5V
2	検出レンジ	25 ～ 500ppm（ものによって異なる）
3	余熱	48時間以上（センサを使用するには48時間以上の温める必要あり）精度をもとめなければ、そこまでしなくて多分OKです・・・

詳細な特性を知りたい場合はMQ-3、LM393の仕様をそれぞれ個別に確認してください。

「MQ-3」「LM393」で検索するとそれぞれ調べることができます。

本Lessonは遊び、学習を想定しています。

Arduinoの仕様範囲内で使用していれば問題になることもありません。

遊び、学習以外での使用用途をお考えの場合はデータシートを必ず確認しましょう。

センサーキットがおすすめ。
※センサーキット　prime対応品　出荷元：Amazon

HUABAN 1パックの合計9枚 MQ-2 MQ-3 MQ-4 MQ-5 MQ-6 MQ-7 MQ-8 MQ-9 MQ-135ガスセンサーモジュールスターターキット

HUABAN

LED

LEDは何でもよいのですが、一般的な５ｍｍサイズが扱いやすいと考えます。

色は好きなものをお使いください。

LEDは向きがあります。

下の図に示すように長い方が「＋」、短い方が「－」となります。

向きを間違えて接続すると点灯しません。

LEDは大電流を流すと、焼き切れてしまいます。
直接電源に接続することはしないようにしましょう。
必ず、抵抗などで電流を制限して使いましょう。

手持ちがないかたはセット品がお得です。

有色、無色タイプから好みで選択。
※ダイオードセット　prime対応品　出荷元：Amazon

発光ダイオード 5mm LED ダイオード高輝度円型頭部 5色ダイオードセット白赤緑青黄 5色各40個発光ダイオード 5mm LED ダイオード透明高輝度円型頭部 10色ダイオードセット白赤緑青黄 10色各10個

実践回路作成とコード作成

最初に回路図を確認してください。

次に、回路図に合わせて部品を接続します。

最後にコードを書いて、「MQ-3センサ」を動かしていきましょう。

Arduinoのピン配置を確認したい方は番外編02を参照してください。

Arduino 入門番外編 02 【外観とピン配置】

本日は、番外編02 Arduino UNO R3 外観とピン配置です。arduinoの入門編を書いていて、arduino自体の説明をしたいと考えていました。やはり、arduino自身のことを理解しておいた方が良いですよね。ということで番外編…

回路図

「MQ-3」「LED」を接続していきます。

Arduinoは

デジタル入力として10、デジタル出力として２、３、４、５、13。
※13はMQ-3のデジタル出力を利用して検出の有無に使用

アナログ入力としてA0を使用。

あとは、５VとGNDのみ。

回路図がこちら。
※LEDが不要の場合は、13番ピンには何も接続する必要はありません。

こちらがブレッドボード図。

回路図は「fritzing」を利用しています。

「fritzing」の使い方は下記を参照してください。

Arduino 入門番外編 01 【回路図を書こう fritzing】

UNOの実際の回路を写真で掲載しても、接続がわかりずらいかなと考えていました。前々から「fritzing」を利用して回路を描くことで、わかりやすくしたいと考えていました。そこで本日は、「fritzing」のインストールと回路図を描くことに挑…

接続

下図に示すように、用意した部品を使用して接続しましょう。

部品は「MQ-3センサモジュール」、LED、抵抗のみとなります。
※センサが実装されたモジュール

LEDの数があるので、少し面倒ですが接続は簡単です。

毎回ブレッドボードにLEDをセットするのも面倒なので「Lチカ」自作しました。

おすすめです。

電子工作編　Arduino　【Lチカ作ってみた】

スケッチ（コード）の動作確認。Lチカ部分を毎回ブレッドボードに組むのは面倒だなと突然思い・・・。13番ピンを使えばArduino上のLEDを制御できるため外付けLEDは本当はいらない。でも。味気ないですよね。学習用に説明するには、外付けでL…

使用するポートは、デジタル入力10、デジタル出力２、３、４、５、13、アナログ入力A0、5V、GND。

穴に挿入しづらいときは、ラジオペンチなどを使用してください。

コードの書き込み

接続が終わったら、USBケーブルを使用してUNOにプログラムを書き込んで行きましょう。

コードを書き終えたら、いつでも利用できるように「ファイル」⇒「名前を付けて保存」で保存しておきましょう。

コマンド説明

本Lessonでは、特に新しいコマンドはありません。

サンプルコード

Lesson 54のスケッチに「LEDと抵抗」を追加しただけのスケッチとなります。

LEDを組み合わせるだけで、なんとなく検出量をはかれた気分になり、なおかつ作った感を味わえます。

A0の出力は1.3Ｖ～4.0Ｖ程度でした。
※検出電圧のMin、Maxを調べてスケッチの閾値は変更ください

それを5段階に分けます。

段階（閾値）	アナログ入力のAD変換後の閾値[V]	LEDの点灯数[個]
1	2.0 以下	0
2	2.0 ～2.5	1
3	2.5 ～ 3.0	2
4	3.0 ～3.5	3
5	3.5 以上	4

本スケッチでは、「DDRD」「PORTD」を使用して、スケッチの簡略化をしています。

//Lesson 56 MQ-3センサ（アルコール検出センサモジュール）とLEDを使ったインジケータ
//アルコールなどの燃焼性ガスを検知したらインジケータのようにLEDを点灯する
//https://omoroya.com/

const int AQ0 = A0;   //MQ-3センサモジュールA0の出力先
const int DQ0 = 10;   //MQ-3センサモジュールD0の出力先
const int led1 = 5;   //インジケータLED用のPIN
const int led2 = 4;   //インジケータLED用のPIN
const int led3 = 3;   //インジケータLED用のPIN
const int led4 = 2;   //インジケータLED用のPIN
const int led = 13;   //MQ-3センサの状態をモニタするためのLED <- 面実装LEDだけでOK不要
  
void setup (){
  pinMode (DQ0, INPUT);     //10番ピンをINPUT指定
  DDRD = DDRD | B00111100;  //Output指定をまとめて指定（2,3,4,5番ピンをOutput指定）
  PORTD = B00000000;        //出力状態をまとめて指定。デジタルピン0～7をLOW
  pinMode (led, OUTPUT);    //13番ピンをOUTPUT指定<-なくてもOK
       
  Serial.begin (9600);   //シリアル通信のデータ転送レートを9600bpsで指定
}
  
void loop (){
  float A0_out;
  int D0_out;

  //MQ-3センサモジュールA0の値を読み取り電圧値を計算
  A0_out = (float)analogRead(AQ0) / 1024.0f * 5.0f;
  //MQ-3センサモジュールD0の読み取り
  D0_out = digitalRead(DQ0);

  //シリアルモニタへの表示
  Serial.println (D0_out);  
  Serial.print ("A0 voltage value:");
  Serial.print (A0_out, 4);
  Serial.println ("V, ");
  
  if(A0_out < 2.0){
    PORTD = B00000000; //デジタルピン7～1をLOW
  }else if(A0_out >= 2.0 && A0_out <2.5){
    PORTD = B00100000; //5番ピンに"HIGH"を出力 LED ON
  }else if(A0_out >= 2.5 && A0_out <3.0){
    PORTD = B00110000; //5,4番ピンに"HIGH"を出力 LED ON
  }else if(A0_out >= 3.0 && A0_out <3.5){
   PORTD = B00111000; //5,4,3番ピンに"HIGH"を出力 LED ON
  }else if(A0_out >= 3.5){
    PORTD = B00111100; //5,4,3,2番ピンに"HIGH"を出力 LED ON
  }
}