Arduino ile MQ-135 ve MQ-137 Hava Kalitesi ve Amonyak Ölçümü

Günümüzde iç ve dış mekan hava kalitesinin takibi, hem bireysel sağlık hem de endüstriyel güvenlik açısından hayati bir önem taşımaktadır. Hava kirliliğine neden olan zararlı gazların erken tespiti, olası zehirlenmelerin ve uzun vadeli solunum yolu rahatsızlıklarının önüne geçer. Bu noktada mikrodenetleyici tabanlı haberleşme ve sensör sistemleri, erişilebilir ve etkili çözümler sunmaktadır.

Bu rehberde, Arduino mikrodenetleyici kartı kullanarak MQ-135 (Hava Kalitesi Sensörü) ve MQ-137 (Amonyak Sensörü) ile çevresel gaz takibi yapan kapsamlı bir sistem projesini inceleyeceğiz.

1. MQ-135 ve MQ-137 Sensörlerinin Çalışma Prensibi

MQ serisi gaz sensörleri, temel olarak SnO₂ (Kalay Dioksit) kaplı seramik bir çekirdek ve ısıtıcı elemandan oluşur. Temiz havada iletkenliği düşük olan bu yapı, hedef gazlarla temas ettiğinde direnç değiştirir. Ortamdaki gaz konsantrasyonu arttıkça sensörün iletkenliği artar ve analog çıkış voltajı yükselir.

MQ-135 Hava Kalitesi Sensörü

MQ-135; özellikle kapalı alanlardaki genel hava kalitesini izlemek için tasarlanmıştır. Geniş bir tespit yelpazesine sahiptir:

• NH₃ (Amonyak)
• NOx (Azot Oksitler)
• Alkol ve Benzen
• Duman ve CO₂ (Karbondioksit)

MQ-137 Amonyak (NH₃) Sensörü

MQ-137 ise özellikle amonyak (NH₃) gazına karşı yüksek hassasiyet gösterecek şekilde kalibre edilmiştir. Tarımsal alanlarda, gübre depolama tesislerinde ve endüstriyel soğutma sistemlerinde sızıntı tespiti için yaygın olarak tercih edilir.

2. Gerekli Donanım Bileşenleri

Sistemi kurmak için ihtiyacınız olan temel malzemeler şunlardır:

• 1x Arduino Uno R3 / Nano
• 1x MQ-135 Hava Kalitesi Sensör Modülü
• 1x MQ-137 Amonyak Sensör Modülü
• 1x 16x2 I2C LCD Ekran (Opsiyonel - Verileri anlık görmek için)
• Jumper Kablolar (Erkek-Dişi, Erkek-Erkek)
• Breadboard
• 5V 2A Harici Güç Kaynağı (MQ sensörlerinin ısıtıcı elemanları yüksek akım çektiği için önerilir)

3. Devre Şeması ve Bağlantılar

MQ sensörlerinin ısıtıcı devreleri kararlı bir akım gerektirir. Bu nedenle kart üzerindeki 5V çıkışı yerine imkan varsa harici bir 5V kaynakla beslemek daha sağlıklı sonuçlar verir.

Önemli Not: MQ sensörlerini ilk defa kullanıyorsanız, doğru ve kararlı ölçüm alabilmek için sensörleri en az 24-48 saat boyunca ön ısıtmaya (burn-in) tabi tutmanız (takılı şekilde çalıştırmanız) gerekmektedir.

4. Arduino Yazılım Kodları

Aşağıdaki kod blokları, her iki sensörden analog verileri okur, bunları sayısal değerlere (0 - 1023 arası) dönüştürür ve seri port ekranında görüntüler.

C++

// Arduino MQ-135 ve MQ-137 Hava Kalitesi ve Amonyak Ölçümü

const int MQ135_PIN = A0; // MQ-135 Analog Bağlantısı
const int MQ137_PIN = A1; // MQ-137 Analog Bağlantısı

// Sensör Değişkenleri
int mq135_Deger = 0;
int mq137_Deger = 0;

void setup() {
  // Seri haberleşme başlatılıyor
  Serial.begin(9600);
  
  // Sensör pinleri giriş olarak ayarlanıyor
  pinMode(MQ135_PIN, INPUT);
  pinMode(MQ137_PIN, INPUT);
  
  Serial.println("MQ-135 ve MQ-137 Gaz Sensörleri Başlatılıyor...");
  Serial.println("Sensörlerin ısınması için lütfen bekleyin...");
  delay(3000); // Sistem başlangıç gecikmesi
}

void loop() {
  // Analog okumalar gerçekleştiriliyor
  mq135_Deger = analogRead(MQ135_PIN);
  mq137_Deger = analogRead(MQ137_PIN);
  
  // Veriler Seri Monitöre yazdırılıyor
  Serial.print("Hava Kalitesi (MQ-135 Raw): ");
  Serial.print(mq135_Deger);
  Serial.print(" | ");
  
  Serial.print("Amonyak Seviyesi (MQ-137 Raw): ");
  Serial.println(mq137_Deger);
  
  // Basit eşik değeri uyarısı örneği
  if(mq137_Deger > 400) {
    Serial.println(" UYARI: Yüksek Amonyak Seviyesi Tespit Edildi!");
  }
  
  if(mq135_Deger > 500) {
    Serial.println(" UYARI: Kötü Hava Kalitesi!");
  }

  Serial.println("------------------------------------------------");
  delay(2000); // 2 saniyede bir güncelleme
}

5. Sensör Kalibrasyonu ve PPM Dönüşümü

Yalnızca "raw" (ham) analog verileri (0-1023) okumak, gazın havada ne oranda olduğunu tam olarak göstermez. Gerçek zamanlı PPM (Parts Per Million - Milyonda Bir Hisse) cinsinden değer elde etmek için kalibrasyon adımları izlenmelidir:

1. Temiz Hava Direnci (R₀) Tespiti: Temiz bir ortamda sensörün direnci ölçülür.
2. Eğri Denklemlerinin Kullanılması: Sensör veri kataloglarında (Datasheet) yer alan gaz eğrisi grafikleri log-log formatındadır. RS/R₀ oranı türetilerek gerçek PPM formülü koda entegre edilir.

PPM = a × ≤ft(RS/R₀)b

Burada a ve b, hedeflenen gaz türüne göre katalogdan elde edilen sabit katsayılardır.

Kaynakça

• Araz, M. & Yılmaz, K. (2022). Mikrodenetleyici Tabanlı Gaz Sensör Sistemleri ve Kalibrasyon Yöntemleri. Endüstriyel Otomasyon Dergisi, 14(2), 45-52.
• Han, J. & Kwak, D. (2020). Environmental Air Quality Monitoring Using Low-Cost MQ Sensor Arrays. IEEE Sensors Journal, 20(8), 4112-4120.
• Hanwei Electronics Co. (2021). MQ-135 Semiconductor Sensor for Air Quality Technical Data. Zhengzhou Hanwei Electronics Co., Ltd.
• Hanwei Electronics Co. (2021). MQ-137 Semiconductor Sensor for Ammonia Technical Data. Zhengzhou Hanwei Electronics Co., Ltd.