M5StickC PLUSとにおいセンサ（TGS2450）

においセンサTGS2450の使い方

下図はTGS2450を下から覗いた図です。

TGS2450を下からみた図

番号が振られている4つのピン端子は、それぞれ次の役割になっています。

ピン番号	名称	備考
1	Common	GNDへ繋ぐ
2	N.C.	何も接続しない
3	Sensor electrode	ガス濃度に応じて約5Ω〜50kΩで変化する
4	Heater	パルスで1.6Vの電圧を印加する

TGS2450をArduinoなどで扱うにあたっては、ピン3番と4番がポイントになります。

アナログ出力（3番ピン）

まず、3番ピンの説明です。このピンは、空気中に含まれるガス成分の量に応じて、抵抗値が変化するセンサ抵抗になっています。よって、センサの抵抗値を測定すればガス濃度を知ることができます。

抵抗値の変化を読み取るには、基準となる抵抗を用意して分圧し、ADコンバータで読み取ってセンサの抵抗値を算出します。

ちなみに、裏ワザでステップ応答を使うと、ADコンバータのないマイコンでも抵抗値を読み取れます。詳しくは【ラズパイ】ステップ応答による抵抗値の測定をご参考になさってみてください。

ヒータ抵抗（4番ピン）

次に、4番ピンの説明です。4番ピンは10Ω程度のヒータ抵抗につながっているようです。ここへ電圧を一定間隔の時間で印加します。具体的には、250msecを1周期として8msのあいだだけ1.6Vを印加し、のこり242msは0Vとします。

簡単なPWMなのでプログラミング的にはたいしたことないです。定格が1.6Vになっていることと、またヒータ抵抗が非常に低い値のため安全を考えてトランジスタを使いました。今回はもっとも入手がカンタンな2SC1815を使用しました。

プログラム

それでは最後にM5StickC PLUSに書き込むスケッチを紹介します。

においに応じて100点満点評価の表示ができるように工夫してみました。センサに反応するにおいを検知すれば点数が下がります。また、点数に応じて画面の色が緑色から赤色に変化させています。

#include <M5StickCPlus.h>

#define PIN_HEATER 0
#define PIN_SENSOR 26
#define PIN_OUTPUT 36

uint16_t getColor(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue){
  return ((red>>3)<<11) | ((green>>2)<<5) | (blue>>3);
}

const int SMELL_BAD = 1000;
const int SMELL_NORMAL = 2600;
const int SMELL_DIFF = SMELL_NORMAL - SMELL_BAD; // // 2500 - 2000

void setup() {
    M5.begin();
    M5.Axp.ScreenBreath(9);
    M5.Lcd.setRotation(3);
    M5.Lcd.fillScreen(BLACK);
    M5.Lcd.setTextColor(WHITE);


    pinMode(PIN_HEATER,OUTPUT);
    pinMode(PIN_SENSOR,OUTPUT);
    digitalWrite(PIN_HEATER,LOW); // Heater Off
    digitalWrite(PIN_SENSOR,LOW); // Sensor Pullup Off
    
    pinMode(PIN_OUTPUT, INPUT);
    gpio_pulldown_dis(GPIO_NUM_25); // Disable pull-down on GPIO.
    gpio_pullup_dis(GPIO_NUM_25); // Disable pull-up on GPIO.

//    analogSetAttenuation(ADC_6db);

    Serial.begin(115200);

}

void loop() {

    int val = 0;
    int val_origin = 0;
    float rate = 0.0;
    
    delay(237);
    digitalWrite(PIN_SENSOR,HIGH); // Sensor Pullup On
    delay(3);
    val = analogRead(PIN_OUTPUT); // Get Sensor Voltage
    delay(2);
    digitalWrite(PIN_SENSOR,LOW); // Sensor Pullup Off
    
    digitalWrite(PIN_HEATER,HIGH); // Heater On
    delay(8);
    digitalWrite(PIN_HEATER,LOW); // Heater Off

//    Serial.println(val);
    val_origin = val;

    if (SMELL_BAD > val) {
        val = SMELL_BAD;
    } else if (SMELL_NORMAL < val) {
        val = SMELL_NORMAL;
    }
    val -= SMELL_BAD;
    rate = float(val) / float(SMELL_DIFF);
    Serial.println(rate);
    int red = int((1.0 - rate) * 255.0);
    int green = int(rate * 255.0);
//    Serial.println(red);
    M5.Lcd.fillScreen(getColor(red,green,0));
    M5.Lcd.setTextSize(2);
    M5.Lcd.setCursor(10, 10);
    M5.Lcd.printf("%d", val_origin);
    M5.Lcd.setTextSize(6);
    M5.Lcd.setCursor(80, 40);
    M5.Lcd.printf("%d", (int)(rate * 100.0));
    
}

▼G36をアナログ入力として使ったので、必ずG25をフローティングしてください。

gpio_pulldown_dis(GPIO_NUM_25); // Disable pull-down on GPIO.
gpio_pullup_dis(GPIO_NUM_25); // Disable pull-up on GPIO.

フローティングをしなければならない理由は、M5StickC PLUSの内蔵ADコンバータで電圧測定で解説しました。

さて、プログラムをデバックするにあたって、センサの値をシリアルプロッターでモニター表示するとやりやすいです。マジックペンなどを近づけますと、このように値がグンと下がります。

においセンサの値をシリアルプロッターでグラフ化

▼ においセンサを操作するプログラムは、 秋月電子通商電子の使用例 を参考にしました。センサーの出力電圧を読み取りつつ、ヒーターをオンオフしています。秋月電子の回路ではPNPトランジスタを使っていましたが、ここではNPNのトランジスタを使ったので、ヒータのHIGH、LOWは秋月電子のプログラムとは逆になってます。ご注意ください。

delay(237);
digitalWrite(PIN_SENSOR,HIGH); // Sensor Pullup On
delay(3);
val = analogRead(PIN_OUTPUT); // Get Sensor Voltage
delay(2);
digitalWrite(PIN_SENSOR,LOW); // Sensor Pullup Off

digitalWrite(PIN_HEATER,HIGH); // Heater On
delay(8);
digitalWrite(PIN_HEATER,LOW); // Heater Off

また、読み取ったアナログ値では分かりずらいので、0〜100点評価に換算（正規化）しています。評価点数を調整したい場合は、SMELL_BAD と SMELL_NORMALの値を変更してみてください。

M5StickC PLUSでTGS2450を使ってにおいの検知

写真のように、マジックペンを近づけると値がグンと下がります。TGS2450は、アルコールに対してかなり敏感に反応するようです。玉ねぎスライスに近づけると、なんと点数は0点。即死亡状態といった感じになります（笑）

その他、いろいろにおいを測定して遊んでみましたが、意外と部屋の中が臭うということに気づきました＞＜ 人間の嗅覚はなれてしまうので、一人暮らしだと怖いですねぇ。。。

トイレなどでも数値は変動しますので、掃除の目安にもなりますね！ただし「必ずしも人間にとって臭いもの」に反応するとは限らないので、過度に数字を気にしすぎても仕方なさそうです。

においセンサはなかなか楽しいので、みなさんもぜひ作ってみてくださいね(^_^)