2.5 MQ-2 烟雾检测传感器
MQ-2 型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式 N 型半导体。处于 200~3000 摄氏度时，二氧化锡表面吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至面变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。烟雾浓度越大导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。
2.5.1 模块来源
采购链接： MQ-2 烟雾传感器模块 MQ2 气体传感器 资料下载链接： https://pan.baidu.com/s/1ETxqg03p5fEjKS7AZ2kV6w 资料提取码：dfr1
2.5.2 规格参数
工作电压： 5V
工作电流： 150MA
输出方式: DO 接口为数字量输出 AO 接口为模拟量输出
读取方式： ADC
管脚数量： 4 Pin（2.54mm 间距排针）
2.5.3 移植过程
我们的目标是在梁山派 GD32F470 上能够判断当前环境状况的功能。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现，再移植至我们的工程。
2.5.3.1 查看资料
MQ-2烟雾传感器对液化气、天然气、城市煤气灵敏度较高。需要注意的是：在使用之前必须加热一段时间，否则其输出的电阻和电压不准确。其检测可燃气体与烟雾的范围是100~10000ppm(ppm为体积浓度。 1ppm=1立方厘米/1立方米)。带有双路信号输出（模拟量输出AO和数字量输出DO）。当气体浓度未超过设定阈值时，数字接口DO口输出低电平，模拟接口AO电压基本为0v左右；当气体影响超过设定阈值时，模块数字接口DO输出高电平，模拟接口AO输出的电压会随着气体的影响慢慢增大。阈值由模块上的可调电阻控制。
其对应的原理图见图 2.2.3.1-2，AO 输出为 MQ-2 传感器直接输出的电压，所以为模拟量；DO 为经过 LM393 进行电压比较后，输出高低电平，所以为数字量。具体原理见光敏电阻光照传感器章节的 2.3.3.1 查看资料。
因此 DO 引脚可以配置为 GPIO 的输入模式，AO 引脚需要配置为 ADC 模拟输入模式。
2.5.3.2 引脚选择
想要使用 ADC，需要确定使用的引脚是否有 ADC 外设功能。可以通过数据手册【GD32F450xx_Datasheet_Rev2.2.pdf】进行查看。
在数据手册的第 28 页结尾，是关于 GD32F450Zx 系列芯片引脚的功能定义示意图。
图 2.5.3.2-2 引脚功能定义起始页
当前只有 AO 引脚需要使用到 ADC 接口，所以 DO 引脚可以使用开发板上其他的 GPIO。这里选择使用 PC1 的附加 ADC 功能。使用 ADC0 的第 11 道输入通道。
2.5.3.3 移植至工程
移植步骤中的导入.c 和.h 文件与上一节相同，只是将.c 和.h 文件更改为 bsp_mq2.c 与 bsp_mq2.h。见 2.2.3.3 移植至工程。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。
在文件 bsp_mq2.c 中，编写如下代码。
c
/********************************************************************************
* 文 件 名: bsp_mq2.c
* 版 本 号: 初版
* 修改作者: LC
* 修改日期: 2023年04月06日
* 功能介绍:
******************************************************************************
* 注意事项:
*********************************************************************************/
#include "bsp_mq2.h"
#include "systick.h"
//DMA缓冲区
uint16_t gt_adc_val[ SAMPLES ][ CHANNEL_NUM ];
/******************************************************************
* 函 数 名 称：ADC_DMA_Init
* 函 数 说 明：初始化ADC+DMA功能
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void ADC_DMA_Init(void)
{
/* DMA初始化功能结构体定义 */
dma_single_data_parameter_struct dma_single_data_parameter;
/* 使能引脚时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_MQ2_GPIO_AO);
rcu_periph_clock_enable(RCU_MQ2_GPIO_DO);
/* 使能ADC时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_MQ2_ADC);
/* 使能DMA时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_MQ2_DMA);
/* 配置ADC时钟 */
adc_clock_config(ADC_ADCCK_PCLK2_DIV4);
/* 配置DO为输入模式 */
gpio_mode_set(PORT_MQ2_DO, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_MQ2_DO);
/* 配置AO为浮空模拟输入模式 */
gpio_mode_set(PORT_MQ2_AO, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_MQ2_AO); // PC1 : ADC012_IN11
/* 配置ADC为独立模式 */
adc_sync_mode_config(ADC_SYNC_MODE_INDEPENDENT);
/* 使能连续转换模式 */
adc_special_function_config(PORT_ADC, ADC_CONTINUOUS_MODE, ENABLE);
/* 使能扫描模式 */
adc_special_function_config(PORT_ADC, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);
/* 数据右对齐 */
adc_data_alignment_config(PORT_ADC, ADC_DATAALIGN_RIGHT);
/* ADC0设置为规则组 一共使用 CHANNEL_NUM 个通道 */
adc_channel_length_config(PORT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL, CHANNEL_NUM);
/* ADC规则通道配置：ADC0的通道11的扫描顺序为0；采样时间：15个周期 */
/* DMA开启之后 gt_adc_val[x][0] = PC1的数据 */
adc_regular_channel_config(PORT_ADC, 0, CHANNEL_ADC, ADC_SAMPLETIME_15);//PC1
/* ADC0设置为12位分辨率 */
adc_resolution_config(PORT_ADC, ADC_RESOLUTION_12B);
/* ADC外部触发禁用, 即只能使用软件触发 */
adc_external_trigger_config(PORT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL, EXTERNAL_TRIGGER_DISABLE);
/* 使能规则组通道每转换完成一个就发送一次DMA请求 */
adc_dma_request_after_last_enable(PORT_ADC);
/* 使能DMA请求 */
adc_dma_mode_enable(PORT_ADC);
/* 使能DMA */
adc_enable(PORT_ADC);
/* 等待ADC稳定 */
delay_1ms(1);
/* 开启ADC自校准 */
adc_calibration_enable(PORT_ADC);
/* 清除 DMA通道0 之前配置 */
dma_deinit(PORT_DMA, CHANNEL_DMA);
/* DMA初始化配置 */
dma_single_data_parameter.periph_addr = (uint32_t)(&ADC_RDATA(PORT_ADC)); //设置DMA传输的外设地址为ADC0基地址
dma_single_data_parameter.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE; //关闭外设地址自增
dma_single_data_parameter.memory0_addr = (uint32_t)(gt_adc_val); //设置DMA传输的内存地址为 gt_adc_val数组
dma_single_data_parameter.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE; //开启内存地址自增（因为不止一个通道）
dma_single_data_parameter.periph_memory_width = DMA_PERIPH_WIDTH_16BIT; //传输的数据位 为 16位
dma_single_data_parameter.direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY; //DMA传输方向为 外设往内存
dma_single_data_parameter.number = SAMPLES * CHANNEL_NUM; //传输的数据长度为：每个通道采集30次 * 1个通道
dma_single_data_parameter.priority = DMA_PRIORITY_HIGH; //设置高优先级
dma_single_data_mode_init(PORT_DMA, CHANNEL_DMA, &dma_single_data_parameter);//将配置保存至DMA1的通道0
/* DMA通道外设选择 */
/* 数据手册的195页根据PERIEN[2:0]值确定第三个参数，例是100 则为DMA_SUBPERI4 例是010 则为DMA_SUBPERI2 */
/* 我们是ADC0功能，PERIEN[2:0]值为000，故为DMA_SUBPERI0 */
dma_channel_subperipheral_select(PORT_DMA, CHANNEL_DMA, DMA_SUBPERI0);
/* 使能DMA1通道0循环模式 */
dma_circulation_enable(PORT_DMA, CHANNEL_DMA);
/* 启动DMA1的通道0功能 */
dma_channel_enable(PORT_DMA, CHANNEL_DMA);
/* 开启软件触发ADC转换 */
adc_software_trigger_enable(PORT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Get_Adc_Dma_Value
* 函 数 说 明：对DMA保存的数据进行平均值计算后输出
* 函 数 形 参：CHx 第几个扫描的数据
* 函 数 返 回：对应扫描的ADC值
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
unsigned int Get_Adc_Dma_Value(char CHx)
{
unsigned char i = 0;
unsigned int AdcValue = 0;
/* 因为采集 SAMPLES 次，故循环 SAMPLES 次 */
for(i=0; i< SAMPLES; i++)
{
/* 累加 */
AdcValue+=gt_adc_val[i][CHx];
}
/* 求平均值 */
AdcValue=AdcValue / SAMPLES;
return AdcValue;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Get_MQ2_Percentage_value
* 函 数 说 明：读取MQ2值，并且返回百分比
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：返回百分比
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
unsigned int Get_MQ2_Percentage_value(void)
{
int adc_max = 4095;
int adc_new = 0;
int Percentage_value = 0;
adc_new = Get_Adc_Dma_Value(0);
Percentage_value = ((float)adc_new/adc_max) * 100;
return Percentage_value;
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在文件 bsp_mq2.h 中，编写如下代码。
cpp
#ifndef _BSP_MQ2_H_
#define _BSP_MQ2_H_
#include "gd32f4xx.h"
#define RCU_MQ2_GPIO_AO RCU_GPIOC
#define RCU_MQ2_GPIO_DO RCU_GPIOF
#define RCU_MQ2_ADC RCU_ADC0
#define RCU_MQ2_DMA RCU_DMA1
#define PORT_DMA DMA1
#define CHANNEL_DMA DMA_CH0
#define PORT_ADC ADC0
#define CHANNEL_ADC ADC_CHANNEL_11
#define PORT_MQ2_AO GPIOC
#define GPIO_MQ2_AO GPIO_PIN_1
#define PORT_MQ2_DO GPIOF
#define GPIO_MQ2_DO GPIO_PIN_11
//采样次数
#define SAMPLES 30
//采样通道数
#define CHANNEL_NUM 1
extern uint16_t gt_adc_val[ SAMPLES ][ CHANNEL_NUM ]; //DMA缓冲区
/************************
//之前的单路采集
void ADC_Init(void);
unsigned int Get_ADC_Value(void);
**************************/
void ADC_DMA_Init(void);
unsigned int Get_Adc_Dma_Value(char CHx);
unsigned int Get_MQ2_Percentage_value(void);
unsigned int Get_MQ2_Percentage_value(void);
#endif1
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2.5.4 移植验证
在自己工程中的 main 主函数中，编写如下。
cpp
/********************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 版 本 号: 初版
* 修改作者: LC
* 修改日期: 2023年04月06日
* 功能介绍:
******************************************************************************
* 注意事项:
*********************************************************************************/
#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_mq2.h"
#include "stdio.h"
int main(void)
{
nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2); // 优先级分组
systick_config(); //滴答定时器初始化 1ms
usart_gpio_config(115200U);
ADC_DMA_Init();
printf("ADC+DMA demo start\r\n");
while(1)
{
printf("ADC-%d\r\n", Get_Adc_Dma_Value(0) );
printf("MQ2-%d\r\n", Get_MQ2_Percentage_value() );
delay_1ms(1000);
}
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移植现象：输出 ADC 值和换算后的烟雾浓度百分比。
移植成功示例，见文件 2.5.4-1 。
文件 2.5.4-1 移植成功示例