Rilevatore gas Arduino

Rilevatore gas Arduino

Guida alle scelta del rilevatore gas per Arduino

Nell’era più tecnologica ed innovativa dal punto di vista dell’ingegneria e dell’informatica, anche in virtù dei tanti appassionati della materia, in continuo aggiornamento ed estremamente stuzzicante dal punto di vista della passione creativa, sempre più “artigiani digitali” scatenano la propria creatività attraverso piattaforme e schede open source-hardware, capaci di creare prototipi e progetti interattivi, anche e soprattutto in dispositivi in cui è previsto l’uso di sensori di vario tipo.

Ed è proprio in quest’ottica che, in maniera diffusa, fra gli appassionati di tecnologia ed informatica, si sente parlare di Arduino, pur se ancora poco concretamente se ne conoscono tutte le potenzialità, i progetti e le realizzazioni finali, mentre sul sistema si concentra, comunque, un’attenzione sempre più coinvolgente.

Ma, in fondo, Arduino…cos’è?

Arduino è una piattaforma elettronica open source, che si basa su hardware e software di semplice utilizzo. Possiamo anche definirlo una scheda e un ambiente di sviluppo in grado, per esempio, di leggere gli input (dati da un semplice dito sul pulsante o una luce su un sensore) e trasformarli in output, per attivare un motore o accendere un LED. Anche solo da questa breve definizione, si può comprendere come Arduino sia capace di scatenare la fantasia di molti appassionati di elettronica e di informatica, peraltro attraverso potenzialità enormi, specie in questo momento in cui l’attenzione della gestione dei sensori sta crescendo di giorno in giorno, in parallelo con l’interesse sempre più diffuso verso l’Internet of Things, IoT, la definizione riferita all’estensione della rete al mondo degli oggetti concreti.

Arduino, peraltro, è un progetto (e un orgoglio!) tutto italiano, essendo nato ad Ivrea, in provincia di Torino, nel 2005 all’interno dell’Interaction Design Institute, la scuola di master post laurea creata dalla collaborazione tra Olivetti e Telecom Italia. Nel corso di questi anni, Arduino è stata la base di numerosissimi progetti, almeno qualche migliaio, dai più comuni oggetti di uso quotidiano sino a strumenti scientifici molto complessi, in tutti i continenti. Una vera e propria comunità “all around the world”, fra studenti, hobbisti, artisti, programmatori e professionisti che, grazie a studi, esperimenti e contributi, intorno a questa piattaforma open source, ha contribuito ad accrescerne la fama ma soprattutto la conoscenza, di grande aiuto per i principianti e di altrettanto importante stimolo anche per gli esperti.

Arduino nasce come strumento immediato per una semplice prototipazione, ed è principalmente rivolto ad appassionati, più o meno “navigati”, in elettronica e programmazione pur se, nel corso del tempo, avendo ormai raggiunto una comunità più ampia, la scheda base del progetto si è modificata ed evoluta, per adattarsi a nuove sfide. Arduino ha infatti differenziato sempre più la sua offerta, relativa ai prodotti per applicazioni IoT, stampa 3D e ambienti “embedded”, vale a dire per quei sistemi elettronici di elaborazione digitale progettati appositamente per una certa applicazione, tanto che tutte le sue schede consentono agli utenti di adattarle alle loro particolari esigenze. In rete è possibile trovare progetti e tutorial per imparare l’elettronica base e per creare circuiti con il sistema Arduino, utilizzando il suo ambiente di programmazione.

Come funziona la scheda Arduino

Si tratta di un progetto che mette in correlazione degli stimoli che possono derivare da fonti diverse, captati e trasmessi da sensori che, a loro volta, vengono poi associati a un determinato effetto (l’output, appunto). Le fonti, cioè gli input, possono riferirsi a movimenti, suoni, luce, accensione di pulsanti, grado di umidità, per essere poi tradotti in azioni secondo le direttive che sono state impartite e codificate, tutto grazie al linguaggio di programmazione di Arduino, al suo software e allo sketch, vale a dire il programma con le istruzioni. Tra gli altri scopi, Arduino viene utilizzato, in particolare, per la creazione di strumenti scientifici a basso costo e, addirittura, per la realizzazione di piccoli robot.

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Arduino, i suoi punti forti e la realizzazione del rilevatore di gas

Diversi sono i vantaggi del sistema rispetto ad altre piattaforme similari: partendo dal costo estremamente accessibile, inferiore ai 50 dollari per la versione pre-assemblata, ma ancor di meno per le versioni base assemblabili a mano, sino alla garanzia di compatibilità con i maggiori sistemi operativi, da Mac iOS a Windows e a Linux, con un’apertura della piattaforma insita in tutta la sua progettazione, essendo basata totalmente su ambienti open source, e con un’estensione della collaborazione mondiale alle migliaia di appartenenti alla community.

Dal divertimento alle applicazioni più utili, Arduino ha dimostrato di essere un sistema che, oltre alla facile intuizione, permette la realizzazione di diversi progetti di gestione degli ambienti e delle macchine. Tra i valori trasformabili in input elaborabili da Arduino vi sono i vari livelli di inquinanti, come formaldeide, etanolo, e metanolo, per i quali misuratori e sensori specifici sono in grado di segnalare il superamento della soglia definita, al fine di inviare segnali d’avviso o, nei modelli più avanzati, azionare interventi per la soluzione del problema, come la chiusura di condotti, lo spegnimento del sistema o l’attivazione di filtri.

Rilevatore gas Arduino

Nell’ambito di questi progetti che potremmo definire “salvavita”, è anche possibile creare un circuito con Arduino per segnalare un’eventuale perdita di gas, mediante l’accensione di una luce LED, un buzzer sonoro o lo stimolo di un relè. Superata la soglia di gas si accende l’alert ottico e sul monitor seriale viene letta la rilevazione del sensore. Ma andiamo con ordine…

Questi progetti fanno uso dei sensori di gas low-cost della serie MQ e, per realizzare il rilevatore, bisogna partire dal tipo di gas che si vuole monitorare, al fine di decidere quale sensore utilizzare fra i due tipi MQ-2 e MQ-5

  • MQ-2 è adatto per rilevare butano, propano, metano e idrogeno, oltre al fumo
  • ​MQ-5 è indicato per GPL, il gas naturale e gas di città

Ovviamente è necessario predisporre tutti i componenti per la realizzazione del progetto:

  • 1 sensore di gas (MQ-2 oppure MQ-5)
  • 1 scheda elettronica di amplificazione
  • 1 scheda Arduino Uno
  • 1 buzzer
  • 1 cavo USB
  • 2 LED (uno verde e uno rosso)
  • 1 resistenza da 220 Ohm
  • 1 breadbord (basetta piastra)
  • Alcuni cavetti di collegamento “jumper” maschio-femmina

A risultato finito, maggiore sarà la concentrazione di gas, tanto più elevata la tensione di uscita. Se il livello di GPL o di altre sostanze rimane al di sotto di una soglia impostata via software, resta illuminata soltanto la luce verde, mentre se tale limite viene superato, si accende il LED rosso e un buzzer emette un alert acustico. È dunque possibile realizzare con Arduino un allarme stand-alone, cioè indipendente, per diversi gas con i sensori della serie MQ: ad es. per il metano, non inquinante ma che in certe concentrazioni può provocare il rischio di esplosione, così come per il fumo, e così via.

I collegamenti della scheda su cui devono essere montati sensore e componenti sono piuttosto semplici (ricordiamoci che parliamo sempre di appassionati e comunque conoscitori di tecnologia ed informatica) e, una volta effettuati, è poi sufficiente collegare la scheda Arduino Uno al pc con un cavo USB. In ogni caso, se si incontrano difficoltà durante la realizzazione del rilevatore o di altri progetti, è possibile rivolgersi alla community di Arduino, che conta migliaia di appassionati in Italia, e non solo, consultando anche la guida introduttiva su https://www.arduino.cc/en/Guide/HomePage. Inoltre, per cercare ispirazione e/o suggerimenti e consigli, si possono consultare diversi tutorial su Arduino Project Hub.

Per una breve descrizione del sistema, l’uscita dalla scheda elettronica di amplificazione del segnale su cui è montato il sensore MQ fornisce un segnale analogico, che viene inviato a uno dei vari ingressi compatibili della scheda Arduino, su cui è stato caricato lo sketch, cioè, come abbiamo detto prima, il programma con le righe di comando, che può essere realizzato con un comune “copia e incolla” nel software open-source di sviluppo di Arduino, scaricabile dal sito ufficiale. Potrebbe succedere che il sensore non fornisca valori sufficientemente accurati, nel qual caso è possibile cambiare il livello della soglia del gas nel programma. Infine, è bene sapere che la scheda del sensore stesso ha, incorporato, un cosiddetto “potenziometro”, il quale permette di regolare la sensibilità dello strumento, in modo tale che possa suonare l’allarme ed accendersi la luce rossa di attenzione quando la concentrazione del gas raggiunge una determinata soglia che viene impostata proprio grazie a questo strumento.

Dunque, a questo punto il rivelatore di gas Arduino è già pronto, e può fornire anche misure di monitoraggio fra cui, per esempio, mostrare come i valori di un gas inquinante aumentino tanto più vicina sia la sorgente, oppure quando si passi da un ambiente esterno ad uno interno, o comunque quando la concentrazione di quel determinato gas aumenti per un qualsiasi motivo.

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