 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Система контроля содержания углекислого газа на Ардуино |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Как сделать своими руками устройство, поддерживающее свежесть воздуха в квартире |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Как показывает практика, открытая форточка в спальне - еще не гарантия свежего воздуха, здорового сна и отсутствия головной боли на утро. Да и понятие «спертый воздух» настолько субъективно, что частенько становится предметом серьезных семейных конфликтов.
Поэтому спаять устройство, которое позволило бы объективно оценить качество воздуха в комнате и включить систему вентиляции в нужный момент, было моей давней мечтой.
Но какие параметры воздуха нужно отслеживать, чтобы держать атмосферу в вашей квартире пригодной для проживания? Как оказалось, главным индикатором свежести воздуха является концентрация углекислого газа СО2, которая измеряется в ppm (1ppm = 0,0001 %) Поскольку концентрация СО2 в квартире растет главным образом из-за присутствия людей, ведь мы при дыхании потребляем кислород , а выдыхаем углекислый газ. Значит, при недостаточной вентиляции в помещении концентрация СО2 будет подниматься, что неминуемо скажется на вашем самочувствии. Если на улице города концентрация СО2 обычно находится в пределах 400 – 500 ppm, то в закрытом помещении в присутствии людей она может подниматься до нескольких тысяч ppm. При этом в ГОСТе 30494-2011 под названием «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» приемлемым для человека считается концентрация 800 – 1000 ppm. А максимально допустимой - 1400 ppm. Однако во многих исследованиях отмечается, что уже при концентрации углекислого газа 1000 ppm более половины испытуемых жалуются на головную боль, вялость и снижение работоспособности. Стало быть, наш прибор должен следить за тем, чтобы количество СО2 в комнате ни в коем случае не превышало 1000 ppm. А в идеале – находилось в пределах 600 – 700 ppm. Датчик для измерения концентрации СО2Я задался целью найти голый работоспособный датчик СО2 за минимальную цену, способный передавать показание на плату Ардуино и работать с ней в паре. После изучения множества отзывов, мой выбор пал на китайский датчик MH-Z19B стоимостью порядка 20 долларов, основанный на принципе недисперсионной инфракрасной спектрометрии.
Другими словами, этот датчик измеряет поглощение света длинной волны 4 мкм, которое будет зависеть от концентрации в воздухе измеряемого газа. Запитывается он напряжением от 3,6 до 5,5 Вольта и может передавать показание на Ардуино по протоколу UART или посредством сигнала PWM. Неприятным для меня моментом оказалось то, что логические уровни датчика MH-Z19B рассчитаны под напряжение 3,3 V, поэтому пришлось его связывать с платой Ардуино через конвертер логических уровней по цене 0,95 доллара за 5 штук. Затраты не велики, но количество припаиваемых проводов увеличивается. Система контроля СО2Первый блок располагается в том месте, где вы планируете контролировать качество воздуха (в моем случае в спальне возле кровати). Он определяет концентрацию СО2 и по радиоканалу на частоте 2,4 гГц передает это значение второму блоку. В состав первого блока входят:
Задача Второго блока – получить числовое значения концентрации СО2 по радиоканалу и в зависимости от этого значения либо включить, либо выключить вентилятор. В состав второго блока входят:
Тут же имело смысл продумать способы индикации результатов измерения. Идеальным вариантом была бы, конечно, установка небольшого экранчика, на который выводились бы цифровые значения концентрации СО2. Но я остановился на более простом способе. Поставил три светодиода - зеленый, желтый и красный. Первый горит при концентрации СО2 в воздухе не превышающей 600 ppm, второй - 800 ppm. А красный загорается тогда, когда концентрация углекислого газа переваливает за 1000 ppm. Такая индикация вполне меня устраивает. Теперь поговорим о схемах подключения. Первый блок выглядит следующим образом:
Электрическая схема второго блока такая:
Здесь я предусмотрел кнопку, при нажатии которой вентилятор принудительно включается на заданное время. У меня на 400 секунд. А также переменный резистор, которым можно изменять пределы срабатывания вентилятора без изменения программного кода. Скетч для первого блока: #include <SoftwareSerial.h> SoftwareSerial swSerial(A0, A1); // RX, TX #include <SPI.h> #include <nRF24L01.h> #include <RF24.h> #include <stdint.h> #define CE_PIN 9 #define CSN_PIN 10 const uint64_t writingPipe = 0xE8E8F0F0AALL; int out = 1; #define green 6 // Зеленый светодиод на 6 пине #define yellow 7// Желтый светодиод на 7 пине #define red 8 // Красный светодиод на 8 пине RF24 radio(CE_PIN, CSN_PIN); void setup() { Serial.begin(9600); swSerial.begin(9600); pinMode(green, INPUT); pinMode(yellow, INPUT); pinMode(red, INPUT); delay(2000); radio.begin(); delay(2000); radio.setChannel(5); radio.setRetries(15,15); radio.setDataRate(RF24_250KBPS); radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); radio.setAutoAck(1); radio.openWritingPipe(writingPipe); } void loop() { digitalWrite(green, LOW); digitalWrite(yellow, LOW); digitalWrite(red, LOW); byte measure_cmd[9] = {0xFF,0x01,0x86,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x79}; unsigned char measure_response[9]; int ppm = 0; // ***** узнаём концентрацию CO2 через UART: ***** swSerial.write(measure_cmd,9); swSerial.readBytes(measure_response, 9); int i; byte crc = 0; for (i = 1; i < 8; i++) crc+=measure_response[i]; crc = 255 - crc; crc += 1; if ( !(measure_response[0] == 0xFF && measure_response[1] == 0x86 && measure_response[8] == crc) ) { Serial.println("CRC error: " + String(crc) + " / "+ String(measure_response[8])); } unsigned int responseHigh = (unsigned int) measure_response[2]; unsigned int responseLow = (unsigned int) measure_response[3]; ppm = (256*responseHigh) + responseLow; radio.write( &ppm, sizeof(ppm) ); // Отправляем значение ppm по радиоканалу на второй блок. Serial.println(ppm); if (ppm < 600) { // Если ppm меньше 600ppm - зажигаем зеленый светодиод digitalWrite(green, HIGH); } if (ppm >= 600&&ppm <= 1000) { // Если ppm в промежутке 600 -1000 ppm - зажигаем желтый светодиод digitalWrite(yellow, HIGH); } if (ppm > 1000) { // Если ppm больше 1000ppm - зажигаем красный светодиод digitalWrite(red, HIGH); } delay(10000); } Скетч для второго блока: #include <SPI.h> #include <nRF24L01.h> #include <RF24.h> #include <stdint.h> #include <MsTimer2.h> #define CE_PIN 9 #define CSN_PIN 10 const uint64_t readingPipe = 0xE8E8F0F0AALL; int in =1; RF24 radio(CE_PIN, CSN_PIN); #define rel 5 //Реле на 5 пине #define knopka 3 //Кнопка на 3 пине #define pot A4 //Потенциометр на пине А4 void setup() { Serial.begin(9600); radio.begin(); delay(2000); radio.setChannel(5); radio.setRetries(15,15); radio.setDataRate(RF24_250KBPS); radio.setPALevel(RF24_PA_MAX); radio.setAutoAck(1); radio.openReadingPipe(1,readingPipe); radio.startListening(); MsTimer2::set(10000, chekRF); // Таймер на 10 сек MsTimer2::start(); pinMode(rel, OUTPUT); pinMode(pot, INPUT);// пин с потенциометром - вход pinMode(knopka, INPUT); Serial.println("Redy"); digitalWrite(rel, LOW); } void loop() { int buttonState = digitalRead(knopka); if (buttonState == HIGH) { // если нажата кнопка MsTimer2::stop(); digitalWrite(rel, HIGH); // включаем вентилятор delay(400000); digitalWrite(rel, LOW); // выключаем вентилятор MsTimer2::start(); } } int Sredn(){ int y=0; for (int i=0; i < 10; i++){ y = y + analogRead(A5); delay(100); } y=y/50; if (y<0){ y=0; } return y; } void chekRF() { if( radio.available()){ radio.read(&in,sizeof(in)); // по адресу переменной in функция записывает принятые данные; } delay(100); Serial.println(in); int x = Sredn(); Serial.print("Diapazon="); Serial.print(400+x); Serial.print("---"); Serial.println(500+x); if (in > 500+x) { digitalWrite(rel, HIGH); } if (in < 400+x) { digitalWrite(rel, LOW); } } Реализация в «металле»
Замечаний по работе первого блока нет. Единственное дополнение, которое я бы сделал – добавил бы кнопку для принудительной вентиляции. Такую, какая есть на втором блоке. Иногда хочется, лежа в постели, добавить в спальню дополнительную порцию свежего воздуха, несмотря на то, что концентрация СО2 находится в пределах нормы. По второму блоку тоже все хорошо, за исключением одной возникшей проблемы. Ардуино и радиомодуль достаточно сильно нагревались. Сначала я грешил на дешевый преобразователь AC220 - DC5. Писали, что качество выпрямления он дает очень плохое. Однако после его замены на более мощную и дорогую модель проблема так и не разрешилась. После долгих поисков выяснилось, что нагрев дает радиомодуль nRF24L01, который в режиме непрерывной прослушки эфира имеет очень большое тепловыделение. Пришлось переписать скетчи так, чтобы Ардуино и радиомодуль в течение 7 секунд погружались в сон, потом просыпались на 3 секунды, обменивались данными и снова засыпали. Позднее я также добавил на этот блок маленький OLED экранчик, на котором постоянно высвечивается значение концентрации СО2. Для управления им я использовал библиотеку OLED_I2C.h Если говорить в целом, работа данной системы мне очень понравилась. Просыпаться утром с больной головой стал на порядок реже. Планирую только купить какой-нибудь более тихий вентилятор, поскольку мой – старый и раздолбанный – иногда создает неудобства в плане засыпания. Хотя, наверное, привыкнуть можно и к этому. Валерий МИШАКОВ |
