【ラズベリーパイPico】においセンサにてにおいを検知する

※なにか気になる点がありましたらコメント欄からお伝えください。また、回路を製作する場合には電源を切るなど、注意を払って行うようお願いいたします。
（2021/10/11）

１．はじめに
２．回路構成
３．コード
４．測定結果
５．まとめ
おまけ

１．はじめに

　ラズベリーパイPico（以下Picoと表記）なるマイクロコントローラが世に出て７か月以上になる。Arduinoやラズベリーパイなどを用いて臭いを検知する記事が見受けられるが、同じことをPicoを用いて行ってみた。

秋月電子通商
※このHPの検索欄にて、においセンサ「TGS2450」あるいは通販コード「P-00989」と入力すれば、
においセンサTGS2450の情報を得ることができます。
（2023/10/03　変更：秋月電子通商の意向により）
akizukidenshi.com

２．回路構成

　図２に回路図を載せる。あわせて、図3 に実態配線図も載せる。（秋月電子のHPを参考にした）　
※秋月電子の意向によりリンク先をなくしました。（2023/10/03）

臭気センサからの出力は電圧値によって検出されるので、Pico内臓のADコンバータにて電圧値を読み取りシェルに表示した。

　ただし注意する点として、臭気センサの動作電圧は５Vで、Picoの信号線は3.3Vで動作している。そこでPicoの40番ピンから５Vが出力されているので、これを臭気センサの電源とし、併せてPicoに内蔵されているAD変換のリファレンス電圧（Pico：35番ピン）も5Vとした。こうすることにより、臭気センサからの出力を正しく観測することができる。さらに、アナロググランド（33番ピン）も0Vに接続している。
　また、もう１つ注意する点として、Picoの1番ピンと2番ピンから臭気センサのヒーターとセンサへと電力を供給しているが、その電圧は秋月の推奨する回路図では５Vとなっている。このため、トランジスタと抵抗を用いて５Vの信号に変換している。
　更には、電源からのノイズを減らすため、コンデンサを並列に接続している。

３．コード

　次にコードのリストを載せる。臭気センサからの出力電圧をPico内臓のA/D変換器を通して、Pico用のIDEであるthonnyのシェルに表示させている。臭気センサからは電圧は０vから最大で電源電圧（５V）まで変化する。被測定物（インク、アルコールなど）を感知すると電圧値が下がるので、この変化を検出して臭気を感じ取ることができる。

import machine
import utime

# ヒーター:GP0　センサー:GP1 に割り当て
PinHeater = machine.Pin(0, machine.Pin.OUT)
PinSensor = machine.Pin(1, machine.Pin.OUT)

# A/D 変換　初期化
PinOutput = machine.ADC(26)
conversionFactor = 5.0 / (65535.0)

PinHeater.value(0)    # Heater OFF
PinSensor.value(1)    # Sencor Pullup OFF

# メインルーチン
while True:
    utime.sleep(0.237)
    PinSensor.value(0)    # センサーへ給電
    utime.sleep(0.003)    # 250ms 中 3ms ON

    # センサーの電圧値を取得
    voltage = PinOutput.read_u16() *  conversionFactor

    utime.sleep(0.002)    # 2ms ON （合計 5ms ON）
    PinSensor.value(1)    # センサー　OFF

    PinHeater.value(1)    # 8ms ヒーター ON
    utime.sleep(0.008)
    PinHeater.value(0)    # ヒーター OFF

    print('voltage: ', voltage) # shell へ印字

コードの説明

１，２行目　ライブラリのインポート
５，６行目　GP0とGP1を、それぞれセンサのヒーター電源とセンサへの給電に使うよう、指定している。
９，10行目　AD変換器のインスタンスを取得している（GP26を指定）。またAD変換の結果を電圧値に換算する比例係数を求めている。
12，13行目　初期設定。ヒーターとセンサへの給電をオフにする。

　図2の回路図から、3.3Vを５Vに変換しているところでNOT回路になっている。
　ヒーターへの信号はＰＮＰのトランジスタを通っていることから再度ＮＯＴ回路が入っている。
　結論：ヒーターは正論理、センサは負論理　したがって、初期設定ではヒーターは０、センサは１としている。

16行目以降

　237msの間、センサもヒーターもＯＦＦ
　５ｍｓの間センサをオン（その間にセンサの出力の値を読み取る）
　続いて８ｍｓの間ヒーターをオン
　合計で２５０ｍｓごとに信号をＯＮ／ＯＦＦしている（４Ｈｚ）
　読み取った値をprint文にて出力

４．測定結果

　PCの表示画面を以下に載せる。マジックインキを近づけると、１秒ばかり遅れて電圧値が下がり始め、0.2Vくらいまで値が下がっているようすがうかがえる。

【ラズベリーパイPico】臭気センサ（TGS2450）にてインクの臭いを検出した
youtu.be

５．まとめ

　臭気センサの出力をラズベリーパイPicoにて処理し、PCの画面から電圧値を読み取った。今後取り組みたいことを以下に示す。

表示に関して一目で様子が分かるものを考案する

口臭チェッカーを作る。

おまけ

　おそらく臭気センサを使っているであろう事例をSNSにて見つけたので、載せておく。
※リンク先の内容が変更されていたので、削除しました。（2023/10/03）

Tanuki_Bayashin’s diary

電子工作を趣味としています。最近はラズベリーパイPicoというマイコンを使って楽しんでいます