Датчик co2 своими руками

#МастеримДома. День 2: анализатор CO2 своими руками (первый подход)

Вчера мы познакомились с Arduino и рассмотрели небольшой пример скетча для Arduino Uno. Сегодня попробуем собрать простейший датчик CO2 и написать скетч для передачи данных в COM-порт.

Для того, чтобы собрать наш анализатор нам понадобиться следующие железки:

1. Макетная плата (breadboard)
2. Датчик MQ135
3. Arduino Uno
4. Шесть проводов “папа – папа”

Прежде, чем я покажу итоговую сборку, скажу пару слов об используемом железе, чтобы в дальнейшем было понятно почему различные устройства подключаются именно так, а не иначе.

Макетная плата

Как известно, для сборки устройств разрабатываются и создаются печатные платы, например, вот такие:

Понятно, что самостоятельно делать такую плату ради прикола, как в моем случае, вряд ли захочется, тем более, что это может занять достаточно много времени. Поэтому для быстрой сборки различных электрических схем без пайки существуют макетные платы (они же – макетные доски, они же breadboard’ы).

Выглядит макетная плата вот таким незамысловатым образом:

Внутри макетной платы расположены медные пластины-рельсы. При этом, крайние рельсы (помеченные красным и синим цветом) расположены вдоль макетной платы, а остальные (помеченные латинскими буквами и цифрами) – поперёк макетной платы. Такое расположение рельс позволяет собирать самые разнообразные электрические схемы, подключая различные элементы схемы как последовательно, так и параллельно:

Изображение взято с сайта amperka.ru

Датчик MQ135

Датчик MQ135 – это, насколько я понял из различных описаний этого устройства, полупроводниковый газочувствительный резистор (если не прав – поправьте). Принцип работы датчика MQ135 основан на изменении сопротивления тонкопленочного слоя диоксида олова (SnO₂) при его контакте с молекулами определяемого газа.

Чувствительный элемент датчика состоит из керамической трубки с покрытием Al₂O₃ и нанесенного на неё чувствительного слоя диоксида олова. Внутри трубки расположен нагревательный элемент, который нагревает чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на определяемый газ. При этом, чувствительность к разным газам достигается изменением состава примесей в чувствительном слое.

В свое время, я покупал MQ135 на плате FC-22 со всей необходимой обвязкой. Выглядит датчик следующим образом:

Результат работы датчика выдается на аналоговый выход (A0), в то время как на цифровой выход (D0), по идее, должен выдаваться сигнал (1) при превышении концентрацией вещества заданного предела (предел регулируется подстроечным резистором). Питается датчик MQ135 от 5В.

К особенностям работы подобных датчиков мы ещё вернемся в одной из следующих статей, а пока перейдем к следующей нашей “железке” – Arduino Uno, которую я показывал в прошлый раз.

Arduino Uno

Я не буду подробно останавливаться на том, какие бывают Arduino Uno (оригинальные, китайские поделки, разные ревизии т.д.), а также подробным образом расписывать технические характеристики. Скажу только, что у меня китайская Arduino Uno, которая выглядит примерно так как на рисунке:

На платформе расположены 14 контактов (pins), которые могут быть использованы для цифрового ввода и вывода и 6 аналоговых (A0-A5). Какую роль исполняет каждый контакт — зависит от вашей программы. Все они работают с напряжением 5 В и рассчитаны на ток до 40 мА. Также каждый контакт имеет встроенный, но отключённый по умолчанию резистор на 20–50 кОм.

Теперь, показав вкратце, что и как выглядит и из чего состоит, можно попробовать собрать наш первый анализатор CO2 и посмотреть его в работе.

Собираем анализатор CO2 на базе Arduino Uno

Вообще, для себя, как для человека достаточно далекого от электроники, хотя и любящего иногда повозиться с оной, я при работе с Arduino придерживаюсь старого доброго правила, описанного в замечательной повести Анджея Сапковского “Ведьмак”. Кто читал эту книгу, тот наверняка вспомнит изречение медика Русти:

“Шейте красное с красным, желтое с желтым, белое с белым. Так наверняка будет хорошо…”

Вот и Arduino точно так же – соединяем VCC на датчике с VCC на Arduino Uno, аналоговые выходы с аналоговыми входами – так наверняка заработает.

Попробуем реализовать это правило в деле. Я соединил выход A0 на датчике с пином A0 на Arduino Uno, выход D0 на датчике с пином D4, ну и, соответственно, подвел питание 5В. Получилась вот такая хрупкая конструкция:

Судя по тому, что на датчике загорелся светодиод питания, а датчик пусть и не сильно, но нагрелся, можно сказать, что с аппаратной частью работы мы более менее справились. Теперь набросаем небольшой скетч, суть которого будет заключаться в том, чтобы отправить в COM-порт показания датчика MQ135.

Скетч для считывания показаний датчика

Итак, судя по тому, что удалось найти (см. выше) по работе датчика MQ135, наша задача получить значение сопротивления с аналогового выхода и каким-либо образом преобразовать значение этого сопротивления в значение концентрации интересующего нас вещества. В нашем случае – это CO2.

Скетч у меня получился вот такой:

Теперь загружаем скетч в Arduino Uno так, как я показывал в прошлой статье и открываем в меню Arduino IDE “Инструменты – Монитор порта”. Через несколько секунд в мониторе порта появились следующие значения:

Во время работы датчика я на него немного подышал и по картинке видно, что датчик сработал. Однако, что он показывает для нас пока остается загадкой. Точнее даже не так – остается загадкой значение концентрации CO2 в атмосфере моей комнаты.

Завтра приступим к “расшифровке” данных датчика MQ-135, посмотрим как можно интерпретировать получаемые значения, а заодно разберем один вопрос, который не дает мне покоя уже достаточно долгое время.

Источник

Контроль качества воздуха (со2 и температуры) в офисе и дома, своими руками

Все началось с того что я работаю в офисе, где как водится нет нормальной вентиляции. Зато есть много народу, кому-то все время жарко, другим постоянно дует.

Для контроля качества воздуха в помещении знать температуру недостаточно. Даже с кондиционером часто бывает прохладно, но душно. Спертый воздух. Оказалось, на это больше всего влияет концентрация со2. Когда я узнал стоимость готовых приборов хотел от этой идеи отказаться. Но случайно увидел описание оптического датчика концентрации со2 MH-Z19.

Цена конечно тоже не маленькая, но все-таки близко к разумным пределам. И руки давно чесались по паяльнику. В качестве контролера использовать решил ESP8266. Во первых дешево, во вторых что бы передавать информацию на компьютер, свой и любого желающего в комнате. После того как собрал и оттестировал первый вариант, с программой-монитором на компьютере, решил добавить экран. Во первых это красиво. Во вторых, во многих случаях удобно.

Устройство построено на модуле ESP8266 NodeMcu Lua wi-fi. Для него была написана программа на скриптовом языке LUA. Прошивку для интерпретатора Lua под мое устройство сгенерил на on-line сервере nodemcu-build.com. Выбрал там только те модули, которые мне были необходимы для создания проекта.

Дальше я взялся за сборку устройства. Подключил датчики температуры. ds18b20. Они работают по интерфейсу 1-wire:

Затем собственно датчик углекислого газа MH-Z19. Он может использовать два интерфейса ШИМ и UART. Я решил сперва попробовать ШИМ, и в результате он меня удовлетворил по надежности и точности показаний.

И подключил дисплей по шине ISP:

Была написана вот такая программа под Windows. На Delphi XE8:

Используемый мной контролер имеет встроенный модуль WIFI, который рассылает полученную с датчиков информации как UDP broadcast пакеты по всей сети офиса. И пользователи у которых стоит программа монитор, получают информацию о состоянии воздуха в помещении и предупреждения, если ситуация становится критической.

А теперь собственно впечатления.

Прибор оказался намного полезней и интереснее чем я ожидал. Во первых больше нет проблем с проветриванием, никто не возмущается, так как у всех выскакивает предупреждение и они довольно хорошо согласуются с личными ощущениями. Ну и просто наблюдения показали что в солнечный день уровень со2 значительно ниже чем в пасмурный и дождливый, утром загрязненность воздуха выше чем днем. С первого взгляда можно понять что делать, проветривать, если зашкаливает со2, или включить кондиционер, если повышенная температура. Датчик температуры на улице хорошо показывает получится ли охладить проветриванием, или только кондиционер. Стало очевидным и понятным, что творится в комнате и как в этом жить. Был случай когда решили проветрить, открыли окно, и тут же закрыли его, датчик буквально зашкалило, И дома прибор оказался очень полезным, особенно в детской комнате, тем более что за показаниями можно следить удаленно через WiFi.

В результате все это выглядит примерно так:

Источник

Датчики углекислого газа CO2 для дома: правила установки своими руками

Комфортная обстановка в помещении определяется основными показателями среды: температурой, уровнем влажности, содержанием углекислого газа (СО2). Простой комнатный термометр может регистрировать первые два показателя. Для определения уровня углекислого газа нужен более сложный измеритель, датчик углекислого газа.

Что такое детектор углекислого газа

Датчик СО2 — прибор, измеряющий концентрацию углекислого газа в помещении. По сути, прибор представляет собой спектрометр, сенсор. Принцип действия основан на способности инфракрасного излучения, световой волны изменяться под воздействием концентрации газа. В датчике концентрации СО2 используется ИК светодиод. Функционирует в диапазоне длины волны инфракрасного излучения, которая не воспринимается человеческим зрением.

Бытовой анализатор углекислого газа — инфракрасный стационарный небольшой прибор с сенсорной панелью. Отображает показатель концентрация СО2 в помещении. Световые индикаторы показывают допустимые нормы (зелёный, жёлтый, красный). Встроенный звуковой сигнал предупреждает о превышении содержания СО2 в комнате.

Работают анализаторы в автономном режиме от батареек (6V). Подключаются через разъём USB (5V), к компьютеру через Wi-Fi.

Комбинированные устройства показывают температуру, уровень влажности и уровень СО2.

Знаете ли вы. Борьба с выбросами СО2— общемировая проблема. Промышленные выбросы, выхлопные газы автомобилей, сокращение площадей лесов, зелёных насаждений создают неблагоприятную для человека атмосферу. Особенно остро сто стоит эта проблема в густонаселённых мегаполисах.

Герметично закрывающиеся пластиковые окна заменили деревянные рамы. Используются полимерные, «не дышащие» строительные материалы. Всё это снижает приток свежего воздуха в помещения. Если дополнительно нарушено функционирование приточно-вытяжной вентиляции, то уровень концентрации углекислого газа повышается. Влияет на показатели и количество пребывающих человек в помещении, так как мы, вдыхая кислород из воздуха, выделяем углекислый газ.

Датчики концентрации углекислого газа в таких условиях стали, скорее, необходимостью. Определяют содержания СО2 в помещениях, сигнализируют о превышении нормативных показателей.

Измеряется уровень содержания СО2 в ррm (частей на миллион). Нормальный уровень в атмосфере, на свежем воздухе в 400 ррm; допустимый в комнате от 400 до 800 ррm. В диапазоне от 800 до 1 200 ррm люди испытывают усталость, не могут сконцентрироваться, рассеивается внимание, клонит в сон. При превышении этих норм возникает головокружение, полная потеря работоспособности.

Если люди находятся длительное время в непроветриваемом помещении, наблюдают негативные изменения всех систем организма. Затрудняется дыхание, усиливается нервное возбуждение. Человек не может сконцентрироваться, запомнить материал. Происходят сбои в работе кровеносной системы. Ранее считали, что основная причина — нехватка кислорода. Опытным путём доказано, недомогания появляются при превышении уровня концентрации СО2.

Для чего нужны измерители:

• оценивают качество воздуха, степень его загрязнения;
• встроенные системы для автоматического включения системы вентиляции, кондиционирования.

Обратите внимание. Комбинированные измерители могут определять уровень озона, влажности, показывать температуру. Прибор, подключённый к системе вентиляции, регулирует её в автоматическом режиме. Подобные элементы «умного дома», благодаря встроенным измерителям, экономят электроэнергию. Включаются в тот момент, когда показатели снижаются ниже нормы. Система отключается, когда стабилизируются параметры.

Технология измерения углекислого газа

В зависимости от назначения измерители СО2 бывают канальные, интегрированные в вентиляционные системы. Бытовые настольные, настенные измеряют показатели содержания углекислого газа в помещении.

Работа не дисперсионные газоанализаторов базируется на прохождение СО2 через спектр инфракрасного излучения (диапазок1-15мкм). В специальной камере фиксируется количество света, поглощённого СО2. Регистрируется измерителем, показатель выводится на сенсорный дисплей.

Назначение измерителя определяют тип прибора.

По назначению разделяются:

• на компактные бытовые, для дома, офиса;
• для коммерческих, общественных зданий;
• промышленные образцы.

Измерительные устройства для бытового пользования оснащены цифровыми дисплеями. Они, как правило, имеют самокалибрующиеся настройками. Основа схемы датчика — микропроцессорная плата.

Измерительные приборы на производствах оснащают инфракрасными сенсорами. В условиях повышенной опасности используют датчики, защищённые взрывоопасным корпусом.

Приборы через аналоговый, цифровой выход подключаются к компьютеру, другим гаджетам. Считывать показатели, отображать данные в графическом виде. Управляться через релейные выходы. Оснащаться дополнительными входами для считывания данных с внешних датчиков.

Конструкция измерителя зависит от назначения, системы, в которую интегрируется.

Основные конструктивные элементы бытового прибора:

• плата микроконтрллера;
• инфракрасный измеритель;
• датчики температуры, влажности;
• реле;
• преобразователь (энкодер);
• преобразователь системы питания (с 220в на 5 В).

Измерители оснащены аналоговыми входами, кнопкой сброса настроек, разъёмами для USB кабеля.

Большинство бытовых приборов — комбинированного типа. Показывают температуру, влажность, уровень СО2, возможно, содержание озона в воздухе. Приборы регистрируют основные показатели для того, чтобы можно было откорректировать их.

Совет. При превышении уровня углекислого газа нужно открыть на время окно, включить вентиляцию, кондиционер. После того, как показатели нормализуются, бытовые приборы отключают, закрывают окно.

Встроенные измерители предназначены для интегрированных систем вентиляции, кондиционирования. Показания служат сигналом для автоматического включения оборудования.

Сколько СО2 в воздухе: график

Рекомендации по установке

Концентрация СО2 напрямую зависит от квадратуры комнаты, количества людей в ней, места из сосредоточения.

Газ — летучее вещество, распределяется относительно равномерно по помещению. Уровень концентрации может быть ниже, там, где возможно есть щели, создающие небольшой приток воздуха: окна, двери, вентиляционные отверстия. Установка измерительных приборов в этих местах даст несколько искаженную картину.

Устанавливают датчики в тех комнатах, где большую часть времени находятся люди. Нет смысла монтировать их в проходных помещениях, тамбурах, коридорах. В этих комнатах возможна повышенная концентрация влажности, перепады температуры. Подобные условия негативно сказываются на стабильности работы измерительных приборов. Рекомендуют располагать их в метре от углов, дверных, оконных проёмов, вентиляционных люков. Оптимальная высоты установки от 1 до 2 м. Температурный режим от +10⁰ С до +40⁰ С.

Современные бытовые датчики для дома — высокоточные приборы. Позволяют контролировать параметры состояния воздуха в комнатах. Производители стремятся сделать измерители универсальными, показывающими максимальное число параметров состояния среды: содержание СО2, температуру, влажность. Одновременно являются календарём и часами, указывают дату, время. Большая часть приборов оснащена блоком оперативной памяти. При подсоединении к компьютеру, установки специальной программы, можно отслеживать динамику изменений содержания углекислого газа в разный период времени.

• небольшие габариты, вес;
• высокий уровень точности показаний;
• многофункциональность;
• надёжность;
• долговечность, срок службы до 10 лет;
• мобильность, переносится в другие комнаты;
• простота настроек, управления;
• красивый дизайн;
• широкий диапазон измерений (в среднем для бытового датчика от 0 до 5 000 ррm).

По сути, датчики СО2 — современный высокотехнологичный гаджет.

Есть у приборов недостатки, ограничения. Достаточно высокая стоимость, в среднем стоимость отечественных датчиков бытового назначения стартует от 100 долларов. Соответственно импортные аналоги дороже, исключая китайских производителей.

Обратите внимание. Измерители чувствительно реагируют на повышенную влажность, загрязнённость воздуха мелко дисперсионными частицами, пылью.

Прежде чем устанавливать прибор, проверяют комплектацию прибора, согласно приложенной инструкции. В стандартный комплект входит:

• измерительный прибор;
• кабеля USB для подсоединения к компьютеру, ноотбуку;
• блок питания (адаптер) с USB контактом;
• инструкция по применению.

Перед включением внимательно изучают способы настройки, калибровки.

При подсоединении к блоку питания, буквально в течение 1-2 минут измеритель считает данные, отобразит их на экране сенсорного дисплея.

Раз в месяц рекомендуют делать сброс настроек и калибровку, если замечены небольшие отклонения в показателях (в пределах 50 — 60 ррm; допустимая погрешность плюс минус 50 ррm). Устанавливают автономный датчик углекислого газа на внутренние стены комнаты.

В зависимости от компании производителя прилагается гарантия производителя, минимальная не менее года.

Предостережения

Газоанализатор углекислого газа — чувствительный прибор. Нельзя допускать, чтобы жидкость попадала на корпус измерителя. Не следует мыть корпус, тем более использовать химические средства. Измеритель газа СО2 чувствителен к температуре выше 40⁰ С. Не располагают его вблизи обогревателей, варочных панелей.

При попадании жидкости, моющих средств на корпус датчика, она может просочиться внутрь датчика, вывести его из строя. Либо повлиять на качество полученных данных.

Совет. Оберегайте измеритель от грубых механических воздействий, ударов, падения. Не следует нарушать герметичность защитного корпуса, вскрывать прибор без соответствующей подготовки. Тем более, когда не закончился срок гарантии. Нарушение целостности конструкции автоматически снимает гарантийные обязательства сервисного центра.

Совет. При установке датчика, старайтесь не дышать непосредственно на анализатор. Нарушается корректность данных измерителя.

Увеличиваем производительность труда

Производительность труда значительно увеличится, если следить за концентрацией углекислого газа в помещении с помощью автономного датчика. Он сигнализирует о превышении критических норм СО2.

Для поддержания нормальной концентрации СО2 в комнате нужно:

1. периодически проветривать помещение;
2. следить за состоянием приточно-вытяжной вентиляции;
3. включать кондиционер, вентиляционную систему в момент критического повышения концентрации СО2;
4. частично снижают уровень углекислого газа комнатные растения, особенно в зимний период.

Нужно избегать, по мере возможности, концентрации большого количества людей в одном помещении. Соблюдать санитарные нормы. Важны эти моменты для детских школьных, дошкольных учреждений, офисных помещений, общественных зданий.

Чтобы ребёнок нормально развивался, учился, нужно обеспечить ему комфортные условия. Периодически проветривать помещение, в том числе перед сном. Если есть проблемы со здоровьем, чувствителен к переохлаждению в зимнее время, нужно на время изолировать ребёнка. Проветрить комнату, подождать пока стабилизируется температура в помещении. (если в теплое время года, то можно использовать ограничители и замки чтобы окно не открывалось полностью)

Соблюдение вышеуказанных правил в значительной степени поднимет работоспособность. Способствует быстрому усваиванию знаний, увеличению продуктивности труда, учёбы.

Снизить уровень углекислого газа, сэкономить электроэнергию поможет адаптивная вентиляция. При наличии базовых знаний её можно сделать своими руками. На принудительную вентиляцию устанавливают датчик СО2. Управление происходит в автоматическом режиме. Включается вентилятор в тот момент, когда уровень углекислого газа превышен, отключается, когда падает. Бытовой прибор для проветривания воздуха не работает вхолостую.

Самостоятельный монтаж и настройка

Датчик углекислого газа своими руками сделать сложнее, нужны соответствующие знания. Если человек достаточно подготовлен, то можно собрать схему из перечисленных выше деталей. Но проще купить недорогой измеритель и подсоединить его к вентилятору. Алгоритм сбора и монтажа системы выглядит так:

• Приобретают недорогой датчик бытового назначения и подсоединяют к принудительному вентилятору.
• Управляют системой с помощью подсоединения к микроконтроллерам.
• Данные, считанные с измерителя, передаются на микроконтроллеры вентиляции, через модуль приёмопередатчика (трансивер).
• Автоматическое управление осуществляется через механическое включение системы (кнопка, магнит). Можно подсоединить к дистанционному пульту.
• Автоматическое управление освобождает от систематического наблюдением за показателями измерителя СО2. Не нужно в ручном режиме регулировать уровень содержания углекислого газа в помещении.

Более простой — включать принудительную вентиляцию в определенное время, таймер можно сделать самому, а вентилятор подойдет от обычной вытяжки.

Датчики уровня углекислого газа — один из элементов системы «умный дом». Внедрение их в систему жизнеобеспечения создадут комфортную обстановку, положительно влияют на самочувствие, здоровье людей. Повышают работоспособность.

Источник