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基于cubeMX的hal库STM32实现MQ2烟雾浓度检测

ai 2025/7/17 21:14:06

一、任务目标

使用STM32F103C8T6单片机，使用单片机AD模块采集MQ2烟雾传感器的数据，在OLED屏显示检测到的AD值、电压值和浓度值（ppm单位）。

二、实现过程

1、MQ2烟雾传感器的浓度转化方法

（1）实验所用的MQ2的链接

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（2）MQ2的技术参数

1、具有信号输出指示。

2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）

3、TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）

4、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。

5、对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度。

6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性

7、快速的响应恢复特性

传感器模块的原理图为：

由技术参数可知，MQ2模块输出0-5V的模拟量电压，而STM32单片机的AD电压采集范围为0-3.3V，所以需要使用分压电路将0-5V转化为0-3.3V的范围，以下为参考电路

其中，MQ2_AD连接到单片机AD采集引脚。

（3）浓度转化推算

由传感器的灵敏度曲线可知，不同浓度的ppm对应不同的RS/R0值，其中RS为元件在不同气体不同浓度下传感器的电阻值，R0为元件在洁净空气中电阻值。

又由电路可知，Vrl/Rl = (Vc - Vrl)/Rs；
Vrl：即AO口输出电压
Vc：回路电压5V
Rl：Rl为可调电阻，这里电路里面Rl为第一张电路里面的R2为1K欧姆固定值。

从而，已知Vrl、Vc、Rl可以算出RS，已知RS和R0就可以得出不同浓度的ppm值。

根据灵敏度特性曲线，可进一步得出RS/R0与ppm的方程：

选择丙烷（propane）使用matlab进行提取曲线，

ppm=[200 500 800 1000 1562 2000 3000 5000 10000];
Rs/R0=[1.74 1.22 0.90 0.80 0.63 0.60 0.50 0.38 0.27];

根据Rs/R0=a*(ppm)^b,得到

Rs/R0=21.72×(ppm)^(-0.4739)

也即

ppm=(21.72×R0/RS)^(2.1101)

最后，我们将单片机AD引脚采集到的在洁净空气中的电压为0.71V，算出R0=(Vc-Vrl)*Rl/vrl=(5-0.78)*1/0.78=5.41(正常空气情况下的Vrl值)。(由于R0和RS电阻值单位为千欧，这里都约掉千欧单位)

由RS=(Vc-Vrl)*Rl/vrl=(5-Vrl)*1/vrl，ppm=pow(21.72*R0/Rs,2.1101);即可得出浓度值。

2、STM32单片机的实现过程

（1）建立cubemx工程，并添加ADC设置和IIC驱动的OLED屏设置，即ADC检测接PA1引脚，OLED的IIC接PB6---SCL，PB7---SDA。

（2）添加程序实现代码

int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_ADC1_Init();MX_I2C1_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */OLED_Init();OLED_Clear();//	htim2.Instance->CNT=0;   /* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */Get_Smoke_ADC_Value();//获取MQ2烟雾模块的ADC值
//		key=KEY_Scan(0);  //获取按键值OLED_ShowString(8, 1, "Smoke Detect", 12);//OLED屏第一行显示烟雾检测字符串OLED_ShowString(0, 3, "ADC_Value:", 12);//OLED屏第三行显示MQ2的ADC_Value采样值字符串OLED_ShowNum(80, 3, MQ2_ADC_Value, 4, 12); //OLED屏第三行显示ADC采集值OLED_ShowString(0, 4, "ADC_Volt:", 12);//OLED屏第四行显示MQ2的ADC_Volt采样电压字符串MQ2_ADC_Volt100=MQ2_ADC_Volt*100;//将采样电压扩大100倍		sprintf((char*)str_buff, "%d.%d%dV",  MQ2_ADC_Volt100/100, (MQ2_ADC_Volt100%100/10),  MQ2_ADC_Volt100%10);//格式化输出扩大100倍的采样电压OLED_ShowString(72, 4,(uint8_t *)str_buff,12);//OLED屏第四行显示采集的电压值RS=(5-MQ2_ADC_Volt)*1/MQ2_ADC_Volt;  //浓度转化算法R0=5.41;//R0为在洁净空气中的RS值Concent_Value=pow(21.72*R0/RS,2.1101);     //利用浓度拟合曲线公式和指数运算函数，计算出来ppm单位的烟雾含量值Concent_Value100=Concent_Value*100;  //将烟雾含量值扩大100倍		OLED_ShowString(0, 5, "smoke:", 12);//OLED屏第五行显示烟雾字符串sprintf((char*)str_buff, "%d%d%d%d.%d%dppm",  (Concent_Value100/100000), (Concent_Value100%100000/10000),(Concent_Value100%10000/1000),(Concent_Value100%1000/100),(Concent_Value100%100/10),  (Concent_Value100%10));//格式化输出扩大100倍的烟雾浓度OLED_ShowString(48, 5,(uint8_t *)str_buff,12);//OLED屏第五行显示显示烟雾ppm浓度值HAL_Delay(500);//每隔500ms刷新一次数据显示}/* USER CODE END 3 */
}

3、成果展示

（1）洁净空气中的烟雾浓度值为513.79ppm