STM32读取MQ2烟雾浓度数据判断烟雾是否超标

MQ2传感器用于检测多种有害气体，如烟雾、天然气等，具有高灵敏度和低成本。文章介绍了MQ2传感器的工作原理和特点，以及通过STM32微控制器利用ADC采集数据并转换烟雾浓度的两种常见方法：标定法和经验公式法。同时提供了STM32标准库和HAL库的示例代码，用于读取和处理MQ2传感器的数据。

【1】MQ2传感器是什么？

MQ2传感器是一种可探测多种气体的传感器，常用于监测烟雾、液化气、丙酮、乙醇、甲醛、天然气等有害气体。MQ2传感器基于半导体敏感元件，通过检测气体中有害物质的浓度变化来实现气体检测。

MQ2传感器具有以下特点：

• 可靠性高：采用优质半导体敏感元件，响应速度快、灵敏度高。
• 响应时间快：在检测到有害气体时能够立即发出警报。
• 易于集成：小巧轻便，易于安装和集成到各种设备中。
• 价格低廉：相对于其他气体检测传感器，MQ2传感器的价格较为低廉。

MQ2传感器广泛应用于家庭、工业、医疗、环保等领域，帮助人们实时监测气体浓度，保障生命健康和财产安全。

【2】MQ2传感器浓度如何转换？

MQ2传感器的电压输出值可以通过ADC进行采集。MQ2传感器检测到烟雾等有害气体时，其敏感材料的电阻值会发生变化，从而导致输出电压值的变化。因此，可以通过采集MQ2传感器的输出电压值来判断烟雾浓度。

MQ2传感器的输出电压与烟雾浓度之间的关系是线性的，需要进行一定的转换才能得出准确的烟雾浓度。

常见的转换方法如下：

（1）标定法

将MQ2传感器置于标准烟雾环境中，记录其输出电压值和对应的烟雾浓度，并建立二者之间的关系模型。然后再使用这个模型将采集到的MQ2传感器输出电压值转换为相应的烟雾浓度。该方法测量精度较高，但需要专业仪器作为标准烟雾环境。

（2）经验公式法

根据经验统计，MQ2传感器的电压输出值与实际烟雾浓度之间呈现出某种函数关系。通过实验数据拟合出该函数关系，就可以将MQ2传感器的电压输出值直接转换为烟雾浓度。该方法需要进行多次实验，并对数据进行处理和拟合，相对较为复杂。

（3）查表法

通过实验得到一系列MQ2传感器输出电压值与对应烟雾浓度的关系数据，形成一张转换表格。在实际使用过程中，将采集到的MQ2传感器输出电压值查表后即可得到相应的烟雾浓度。该方法简单易行，但需要大量实验数据作为基础。

【3】STM32采集MQ2烟雾浓度(标准库)

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    // 初始化ADC
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // 配置ADC通道1的GPIO引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 启动ADC校准
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

    // 读取ADC值
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_28Cycles5);
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
    while (!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
    uint16_t adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);

    // 计算烟雾浓度
    float voltage = (float)adc_value / 4096.0f * 3.3f;
    float density = (voltage - 0.4f) / 0.4f * 10000.0f;

    // 打印出烟雾浓度
    printf("MQ2 Smoke Density: %.2f ppm\n", density);
}




float adc_average() 
{
    const int num_discarded = 3;  // 剔除的最大/最小值数量
    float samples[20];   // 存储采样结果的数组
    
    // 采集数据
    for (int i = 0; i < num_samples; i++) {
        samples[i] = ADC_GET();
    }
    
    // 对采样结果进行排序（升序）
    for (int i = 0; i < num_samples - 1; i++) {
        for (int j = i + 1; j < num_samples; j++) {
            if (samples[i] > samples[j]) {
                float temp = samples[i];
                samples[i] = samples[j];
                samples[j] = temp;
            }
        }
    }
    
    // 计算剩下的平均值
    float sum = 0;
    for (int i = num_discarded; i < num_samples - num_discarded; i++) {
        sum += samples[i];
    }
    return sum / (num_samples - 2 * num_discarded);  // 返回计算结果
}

【4】STM32采集MQ2烟雾浓度(HAL库)

以下是一个基于STM32F103C8T6和MQ2传感器的示例代码，它可以采集MQ2的烟雾浓度并通过串口打印出来。请注意，此示例使用了HAL库和CubeMX配置工具。

#include "main.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;
UART_HandleTypeDef huart1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);

float SmokeDensity;

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  while (1)
  {
    // 启动ADC转换
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    // 等待转换完成
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);
    // 获取ADC转换结果
    uint16_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

    // 将ADC转换结果转换为烟雾浓度
    SmokeDensity = (float)adc_value / 4095 * 100;

    // 将数据打印到串口
    char msg[50];
    sprintf(msg, "Smoke density: %.2f%%\n", SmokeDensity);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)msg, strlen(msg), 1000);

    // 延迟一段时间再次采集
    HAL_Delay(5000);
  }
}

void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage 
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_ADC1_Init(void) 
{
	ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
	/** Common config 
  */
	hadc1.Instance = ADC1;
	hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
	hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
	hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
	hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
	hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
	hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
	if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) 
	{
		Error_Handler();
	}
	/** Configure Regular Channel 
  */
	sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
	sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
	sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_13CYCLES_5;
	if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) 
	{
		Error_Handler();
	}
}
static void MX_USART1_UART_Init(void) 
{
	huart1.Instance = USART1;
	huart1.Init.BaudRate = 115200;
	huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
	huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
	huart1.Init
	  .Parity = UART_PARITY_NONE;
	huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
	huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
	huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
	if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK) 
	{
		Error_Handler();
	}
}
static void MX_GPIO_Init(void) 
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	/* GPIO Ports Clock Enable */
	__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
	/*Configure GPIO pin : PA1 */
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
	HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
void Error_Handler(void) 
{
	while(1);
}
#ifdef  USE_FULL_ASSERT
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line) 
{
}
#endif

在此示例代码中，PA1被配置成了模拟输入通道，并在ADC采样时使用。通过将采集到的ADC值转换为烟雾浓度并打印出来，可以实现对MQ2传感器的烟雾检测。