СИГНАЛИЗАТОР УГАРНОГО ГАЗА РУЧНОЙ СБОРКИ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ ATMEGA8

Аннотация: описаны конструкция и принцип действия экспериментального сигнализатора угарного газа ручной сборки. Приведена сравнительная характеристика с сигнализаторами фабричного изготовления.

Ключевые слова: угарный газ(СО), концентрация, сигнализатор, микроконтроллер, датчик, технические характеристики.

Угарный газ распространяется процессом горения (сжигания) органического материала: бензина, газа, бумаги, дерева, масла, взрывчатого вещества. Естественным путем образуется 90% атмосферного СО, а в результате деятельности человека производится 10%, на двигатели транспортных средств приходится от 55 до 60% всего количества СО искусственного происхождения[4]. Любой процесс, при котором может произойти неполное сгорание органического материала является потенциальным источником оксида углерода.

В естественных условиях на поверхности нашей планеты угарный газ образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров. 

К антропогенным источникам угарного газа можно отнести следующие процессы: 

– работа автомобильного двигателя – как во время движения, так и при остановке;

– работа газовых колонок и плит; 

– неправильное обращение с печками (в частном доме, бане). 

Угарный газ объединяется с гемоглобином, лишая его возможности переносить кислород к клеткам жизненно важных органов. Влияние CO на организм человека напрямую зависит от вдыхаемого количества этого вещества: ухудшается координация, обостряются заболевания сердечнососудистой системы и появляется усталость, головная боль, слабость, недомогание, сонливость, кашель. Концентрация угарного газа в воздухе более 0,1% приводит к смерти в течение одного часа, а концентрация более 1,2% в течении трех минут[5]. Чаще всего при отравлении угарным газом человек не понимает, что с ним происходит. Согласно ГН 2.2.5.1313 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» ПДК р.з. составляет 20 мг/м³ (около 0,0017%)[2]. 

Отравиться угарным газом может практически каждый человек, но больше всего подвержены этой опасности люди, живущие в частных домах, около парковок, в частности жители нижних этажей тех зданий, в которых имеются подземные парковки. 

Чтобы обезопасить себя и своих близких, достаточно установить сигнализатор угарного газа. На современном рынке имеется ассортимент таких приборов, как сигнализатор угарного газа HONEYWELL XC70-RU и GD100-CN - бытовой газовый детектор. Из-за своей дороговизны не каждый может позволить себе их приобрести. Многие люди вовсе и не видят необходимости в подобных устройствах, надеясь, что беда обойдет их жилище стороной, но никто не застрахован от несчастного случая.

Устройство собрано на основе микроконтроллера Atmega8 в связке с датчиком МQ-7. Для подачи звукового сигнала применен электромагнитный звуковой излучатель НСМ1206Х. Для световой индикации использован RGВ-светодиод. Изменение чувствительности срабатывания осуществляется переменным резистором. Корпусом устройства служит корпус блока питания для розетки 220 В. Схема устройства была взаимствована на сайте http://avrproject.ru/.

Микроконтроллер ATMega8 – микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора также может содержать ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) [1].

Электромагнитный излучатель звука НСМ1206Х применяется в компьютерной технике, средствах связи, кассовых аппаратах, автомобильной и бытовой электронике.

Принцип работы датчика угарного газа MQ-7 основан на изменении сопротивления тонкопленочного слоя диоксида олова SnO₂ при контакте с молекулами определяемого газа[3]. Чувствительный элемент датчика состоит из керамической трубки с покрытием Al₂O₃ и нанесенного на неё чувствительного слоя диоксида олова. Внутри трубки проходит нагревательный элемент, который нагревает чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на определяемый газ. Чувствительность к разным газам достигается варьированием состава примесей в чувствительном слое.

Подсчет расходов на прибор отражен в таблице 1(табл.1).

Таблица 1.

Список составляющих сигнализатора и их средняя стоимость.

Технические характеристики прибора:

– диапазон измерений угарного газа: 20–2000 ppm;

– громкость сирены 85 дБ;

– рабочая температура от -10°C до +45°C;

– в течение всего срока нет необходимости замены батареи т.к. работает стационарно.

Сигнализатор угарного газа предназначен для подачи тревожного сигнала (звукового и светового) в случае обнаружения в окружающем воздухе угарного газа. При включении в розетку 220 В примерно 10 сек светодиод излучает синий цвет, что говорит о выходе в рабочий режим (рис.1). Зеленое периодическое мигание светодиода говорит о том, что концентрация угарного газа безопасно низкая. В случае превышения определенной концентрации угарного газа в воздухе, сигнализатор сначала издает нечастые звуковые сигналы с периодичностью примерно 1 раз в секунду и диод мигает красным (концентрация повысилась). Eсли содержание угарного газа продолжает увеличиваться, сигнализатор начинает издавать звуки с частотой в полсекунды и диод горит красным не мигая (опасная концентрация). Благодаря настраиваемой чувствительности можно изменять порог подачи сигнала. Изменение порога срабатывания может понадобиться в зависимости от того, где будет установлен сигнализатор. Например, в гараже содержание угарного газа выше, чем в доме, и чтобы сигнализатор постоянно не срабатывал, можно уменьшить его чувствительность.

Рис.1. Внешний вид сигнализатора

В ходе тестирования сигнализатора ручной сборки выявлено, что прибор работает исправно.

Сравнительные технические характеристики фабричных сигнализаторов угарного газа и сигнализатора угарного газа ручной сборки представлены в таблице 2 (табл.2).

Таблица 2.

Сравнение характеристик сигнализатора с его аналогами

Таким образом, на основании анализа таблицы 2 (табл.2) были сделаны следующие выводы:

– исследуемый газ у модели сигнализатора угарного газа ручной сборки и сигнализатора «HONEYWELL XC70-RU» – угарный газ. Бытовой газовый детектор GD100-CN исследует как угарный газ, так и природный;

– вид сигнализации угарного газа во всех трех приборах звуковой и световой, отличается уровнем звукового давления: у сигнализатора угарного газа ручной сборки– 85 дБ, у второго образца – 90 дБ и у третьего образца– 70 дБ;

– сигнализатора угарного газа ручной сборки и сигнализатора «HONEYWELL XC70-RU» варьируется в пределах от -10°C до +45°C. У бытового газового детектора GD100-CN от 0°C до +55°С. Исходя из климатических условий Сибири, практичнее будут сигнализаторы с диапазоном рабочей температуры от -10°C до +45°C;

– минимальная концентрация газа у всех трех образцах сигнализаторов не превышает ПДК угарного газа;

– фабричные сигнализаторы: HONEYWELL XC70-RU иработают от аккумулятора, а сигнализатор ручной сборки работает непосредственно от розетки. Аккумуляторы нужно периодически заряжать или заменять на другой источник питания. Значит, есть риск, что прибор может разрядиться в неподходящий момент и не сработать.

В итоге нам удалось собрать сигнализатор угарного газа дешевле своих аналогов почти в 3 раза.

Список литературы:

1. Вставкая Е.А. Программирование микроконтроллеров // Программирование. – 2014. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://prog-cpp.ru/micro-prog/ (дата обращения 6.09.2016)
2. ГН 2.2.5.1313 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны»
3.  Датчик угарного газа MQ-7 (Troyka-модуль) // ООО «Амперка». – 2010. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://amperka.ru/product/troyka-mq7-gas-sensor (дата обращения 6.09.2016)
4. Справочник терминов // НПП «Конверсмаш». – 2008. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://konversmash.ru/index.php?lng=ru&pn=words (дата обращения 13.11.2016)
5. Угарный газ – воздействие на здоровье // АО НПП «Дельта». – 2010. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.deltainfo.ru/content/ugarnyi-gaz-vozdeistvie-na-zdorove (дата обращения 8.09.2016)