[아두이노] MQ 시리즈 공기질 센서 PPM으로 변환하기! (3) Python으로 변환( 번외 편)

안녕하세요. 아두이노 MQ Series PPM으로 변환하기 번외 편입니다. 

 

저번 글은 회로도를 보았고, 오늘은 파이썬으로 PPM으로 변환하도록 하겠습니다.

 

파이썬으로 굳이 사용한 이유는 급하게 실험하느라, 센서 값을 PPM으로 변환하지 않고 그대로 CSV파일 형식으로 받았기 때문에 파이썬으로 데이터를 전처리해야만 했습니다.

 

import csv
import numpy as np
import math
import matplotlib.pyplot as plt

"""
PPM 
VCC = 3.3V
RL = 10k

VL = VCC*(RL/(RS+RL)
RS = (RL*VCC)/VL-RL

PPM = a * ratio * b
"""

vcc = 3.3
rl = 10
mq3, mq4, mq6, mq7, mq8, mg811 = 7, 8, 9, 10, 11, 12


#  Calculate Rs 
def rs_cal(vl):
    return ((vcc * rl) / vl) - rl


# Calculate Ro
def ro_cal(rs, num, clean_air_ppm):
    ro_tmp = 0
    for i in range(num):
        ro_tmp += rs[i] / clean_air_ppm
    return ro_tmp/num


# Calculate ratio 
def ratio_cal(rs_, ro_):
    return rs_/ro_


# Calculate PPM 
def ppm_cal(ratio, a, b):
    return a * pow(ratio, b)

# Calculate logscale PPM
def ppm_log_cal(ratio, a, b):
    return (math.log10(ratio)-b)/a


def co2_cal(adc_v):
    return pow(10, ((adc_v / 8.5) - 0.220) / (0.020 / (2.602 - 3)) + 2.602)


constant = {"mq3": ['Alcohol', "mq3", 0.3934, -1.504],
            "mq4": ['CH4', "mq4", 1012.7, -2.786],
            "mq6": ['LPG', "mq6", 1009.2, -2.35],
            "mq7": ['CO', "mq7", 99.042, -1.518],
            "mq8": ['H2', "mq8", 976.97, -0.688]}


file_name_1 = '2020923_105132.csv'
file_name_2 = '2020923_113418.csv'
file_name_3 = '2020923_125810.csv'

header = ['boot_ms[ms]',
          'latitude[degE7]', 'longitude[degE7]', 'relative altitude[mm]',
          'local position x[m]', 'local position y[m]', 'local position z[m]',
          'mq3', 'mq4', 'mq6', 'mq7', 'mq8', 'mq811',
          'PM1.0', 'PM2.5', 'PM10.0', 'ozone', 'gamma']


csv_1 = np.loadtxt(file_name_1, delimiter=",")
# file = np.vstack([header, csv_1])

adc_v_list = []
rs_list = []
ratio_list = []
ppm_list = []

tmp = []

for i in range(len(csv_1)):
    adc_v_list.append(csv_1[i][mq4])

for i in range(len(csv_1)):
    rs_list.append(rs_cal(csv_1[i][mq4]))

ro = ro_cal(rs=rs_list, num=10, clean_air_ppm=4.4)

for i in range(len(csv_1)):
    ratio_list.append(ratio_cal(rs_list[i], ro))

for i in range(len(csv_1)):
    ppm_list.append(ppm_cal(ratio_list[i], constant['mq4'][2], constant['mq4'][3]))

time = []

for i in range(len(csv_1)):
    time.append((csv_1[i][0]-csv_1[0][0])/1000/60)

print("time :", time)
print("adc_v :", adc_v_list)
print("ro :", ro)
print("rs :", rs_list)
print("ratio : ", ratio_list)
print("ppm :", ppm_list)
print("clean air :", 1012.7 * pow(4.4, -2.786))

plt.plot(time, [300 for _ in range(len(csv_1))], color='red')
# plt.plot(time, [10000 for _ in range(len(csv_1))], color='red')
plt.plot(time, ppm_list, color='green')
plt.xlabel('[Minute]')
plt.ylabel('[PPM]')
plt.title("MQ4 - CH4( 300~10000ppm )")
plt.show()

 

위 소스코드 같은 경우는 프로젝트에서 중요하다고 생각한 부분만 가져왔습니다. 

 

아래는 PPM으로 변환할 때 필요한 함수입니다.

#  Calculate Rs 
def rs_cal(vl):
    return ((vcc * rl) / vl) - rl


# Calculate Ro
def ro_cal(rs, num, clean_air_ppm):
    ro_tmp = 0
    for i in range(num):
        ro_tmp += rs[i] / clean_air_ppm
    return ro_tmp/num


# Calculate ratio 
def ratio_cal(rs_, ro_):
    return rs_/ro_


# Calculate PPM 
def ppm_cal(ratio, a, b):
    return a * pow(ratio, b)

# Calculate logscale PPM
def ppm_log_cal(ratio, a, b):
    return (math.log10(ratio)-b)/a

 

그리고 기억은 잘나지 않지만, CO2 센서는 위 공식 말고 다른 식을 사용합니다. 

# Calculate CO2 PPM
def co2_cal(adc_v):
    return pow(10, ((adc_v / 8.5) - 0.220) / (0.020 / (2.602 - 3)) + 2.602)

 

1편

coding-yoon.tistory.com/98

[아두이노] MQ 시리즈 공기질 센서 PPM으로 변환하기! (1) Feat. MQ2, MQ3, MQ4, MQ5, MQ6, MQ7, MQ8, MQ9, MG-811

 

2편

coding-yoon.tistory.com/121

[아두이노] MQ 시리즈 공기질 센서 PPM으로 변환하기! (2) 회로도 (Schematic)