烟雾/可燃气体传感器（MQ-2）
金属氧化物半导体 · 模拟分压采集 · 需预热
一、理论基础
1.1 传感器概述
MQ-2 是一款金属氧化物半导体（MOS）气体传感器，可在工业或家庭设备上使用，适合于检测液化石油气（LPG）、丁烷、甲烷、酒精、氢气和烟雾。为了进行准确的检测，可燃气体传感器需要进行预热，当有可燃气体时，可燃气体传感器输出电压将变小。
MQ 系列气体传感器是最常用的低成本气体检测方案，广泛应用于火灾报警、燃气泄漏检测、空气质量监测等领域。
1.2 关键特性
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 检测气体 | 液化气、丁烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾 |
| 检测范围 | 100 ~ 10000 ppm（液化气） |
| 工作电压 | 5V DC（加热丝 + 信号电路） |
| 加热功耗 | 约 900 mW |
| 预热时间 | ≥ 20 秒（建议 2~3 分钟稳定） |
| 输出信号 | 模拟电压（0 ~ 5V，经分压后 0 ~ 3.3V） |
| 响应时间 | ≤ 10 秒 |
| 恢复时间 | ≤ 30 秒 |
| 工作温度 | -20 ~ +50 ℃ |
1.3 工作原理
气敏效应：MQ-2 的核心是二氧化锡（SnO₂）金属氧化物半导体材料。在清洁空气中，半导体材料的电导率较低（电阻较高）；当环境中存在可燃气体时，气体分子与半导体表面发生氧化还原反应，导致载流子浓度增加，电导率增大（电阻减小）。气体浓度越高，电阻越小。
测量电路：MQ-2 内部包含加热丝（保持传感器工作温度约 200~300℃）和气敏电阻。外部电路将气敏电阻与固定负载电阻串联分压，通过测量分压点的电压来反映气体浓度。有可燃气体时，气敏电阻减小，分压输出电压变小。
预热的重要性：MQ 系列传感器需要通电预热，使气敏材料达到工作温度。预热不足会导致读数不准确、漂移大。
1.4 典型应用
- 火灾烟雾报警
- 燃气泄漏检测（天然气、液化气）
- 室内空气质量监测
- 工业可燃气体检测
- 酒精检测（酒驾初筛）
- 船舱/地下室可燃气体安全监测
二、实验实例：MQ-2 烟雾采集
2.1 实验目的
- 掌握烟雾传感器的操作方法
- 掌握烟雾传感器采集程序的编程方法
2.2 实验内容
在 IAR 集成开发环境中编写烟雾传感器采集程序，循环采集 MQ-2 与固定电阻分压后的电压值，通过串口输出。
2.3 预备知识
- 了解 C 语言的基本知识
- 了解 IAR 中编写和调试程序的方法
- 了解 ADC 采集和气体传感器预热的概念
2.4 实验设备
- 硬件：WSN-V 教学实验箱（带传感器 2 扩展板）、PC 机
- 软件：Windows + IAR EW for 8051、串口调试助手
2.5 接口电路
通过 CC2530 的 AD 口 P0.4，采集可燃气体传感器和固定电阻分压后的电压值，从而检测是否存在可燃气体。
电路说明：
- MQ-2 气体传感器（5V 供电，含加热丝）
- R5 和 R12 组成分压电路，将传感器输出的 5V 高电平信号分压到 CC2530 可接受的 3.3V 电平标准
- 分压输出接 P0.4（CC2530 ADC 通道 AIN4）
- 有可燃气体时，传感器输出电压变小 → 分压电压变小 → ADC 采集值变小
2.6 关键函数
void Sensor_PIN_INT(void)：对相应的 I/O 口进行配置。
uint16 ReadAdcValue(uint8 ChannelNum, uint8 DecimationRate, uint8 RefVoltage)：用指定的参考电压、分辨率，读出指定 A/D 端口的数据（P0.4 对应 AIN4 通道）。
2.7 实验步骤
- 连接好仿真器，及带传感器 2 扩展板的通用调试母板
- 新建工程 GAS，添加相应文件并修改工程设置
- 创建 GAS.c 并加入到工程中
- 编写 GAS 相关函数，循环采集可燃气体传感器和固定电阻分压后的电压值，通过串口发送
- 编译下载运行，先预热 2~3 分钟，然后用打火机气体（不点燃）或烟雾靠近传感器，观察串口输出的电压值变化
2.8 实验结果
- 清洁空气中，串口输出稳定的基准电压值
- 当有可燃气体（如打火机气体）靠近时，串口输出的电压值明显变小
- 气体移开后，电压值逐渐恢复（恢复时间约 30 秒）
注意
MQ-2 传感器必须预热后才能准确读数。刚上电时读数会持续漂移，建议预热 2~3 分钟后再采集。MQ-2 对多种气体都有响应（液化气、甲烷、酒精、烟雾等），无法区分具体气体种类，只能定性判断"是否有可燃气体/烟雾"。如需精确测量特定气体浓度，应选用电化学传感器或红外气体传感器。
内容来源：《WSN-V 物联网综合教学实验指导书》第 7 章·7.11 烟雾传感器采集实验，结合课程教学经验整理。