Детектор загрязнения окружающего воздуха на Arduino

Содержание

Ещё один способ определения качества воздуха на Arduino — с передачей данных в сеть

Детектор загрязнения окружающего воздуха на Arduino

Меня зовут Евгений, и я — веб разработчик.

Уже есть десятки постов о различных метеостанциях на ардуино, но мне хотелось написать о том, что в 2016 году можно быстро, легко и без знания электротехники собрать полезный датчик на ардуино, который легко может работать с вашей инфраструктурой, написанной на чём угодно.

Если вам интересно, зачем вообще измерять СО2, то полезные ссылки вы можете найти в конце поста.

Итак, наша цель — сделать датчик температуры, влажности и СО2 с отображением данных на дисплей и отсылкой на веб сервер. Что нам для этого понадобится:

Компоненты

1. Ардуино. Я взял Wemos D1, основанный на микроконтроллере ESP-8266EX. Он совместим с ардуино, у него есть свой Wi-Fi, и стоит он 6.3$.

как выглядит

2. Датчик СО2. Ранее я пробовал обычный MQ-135, но даже после прожига, калибровки и учёта поправок на температуру и влажность погрешности был довольно заметные — около 300 ppm. Так что для гарантии точных измерений я взял MH-Z19 — самый дорогой компонент схемы, 27$.

как выглядит

3. Датчик температуры и влажности. Использовал стандартный и любимый всеми DHT11 за 1.44$:

как выглядит

4. I2C совместимый дисплей. Я взял самый дешёвый hd44780 за 3.06$.

как выглядит 5. Чтобы это выглядело не очень ужасно, и было перемещаемо, так же неплохо иметь корпус. Чтобы не заморачиваться с выпиливанием, я взял корпус за 8$ с дырками и креплениям под usb и дисплей. Внимание — в корпусе должны быть дырки для проветривания, иначе он будет измерять только свою особую атмосферу.
как выглядит

6. Отладочный USB кабель и около 10 проводков. Цену учитывать не буду.

Итоговая стоимость — 44 доллара, если брать на алиэкспресс. Аналогичные устройства без возможности что-то передавать в сеть сейчас стоят у китайцев в районе 100$. Аналог от Tion, которые в количестве делают свои посты на гиктаймс с рекламой бризеров, пока в разработке (не имею к ним отношения, а жаль).

Заказал, обождал месяц — приступаем к сборке! Нет ничего проще.

Сборка

1. Подключаем датчик температуры и влажности. Земля к земле, прах к праху, плюс к пяти вольтам на ардуино, цифровой выход к цифровому выходу (я использовал D5).

2. Подключаем датчик СО2. У него есть богатый выбор интерфейсов — PWM, аналоговый и цифровой вывод. Единственный элемент пайки — надо приделать ножки на нужные выходы. Проверял лично — работают все.

Остановился на получении цифровых данных — точно, красиво, лаконично, и так же есть возможность отсылать команды на калибровку, что мне впрочем не потребовалось.

Опять же — земля к земле, плюс к другим пяти вольтам, TX и RX выводы на цифровые пины — в моём случае, на D6 и D7.

3. Подключаем дисплей. И снова — земля к земле, плюс на последний оставшийся выход на пять вольт, SDA на дисплее к SDA на ардуино, SCL так же к SCL.

И… Всё! Можно закручивать получившееся добро в корпус, если вы конечно не умудрились сделать какую-нибудь ошибку при подключении. Обратите внимание, чтобы у датчика СО2 не оказались прижаты воздухозаборники (или как это корректнее назвать, белые такие штуки). Как бонус, при сборке в корпусе значительно уменьшаются отклонения в измерении.

Прошивка

Отлично, нам осталось “только” написать софт. В ссылках ниже есть репозиторий на гитхабе, который можно просто залить и использовать.

Единственный тонкий момент — у вашего дисплея может оказаться другой адрес. Воспользуйтесь мини программой из ссылок для сканирования адресов i2c и поменяйте на нужный, если сразу не заработает.

Перед сканированием отключите остальные устройства, иначе можно получить много мусора.

Да, Wemos D1 является совместимым с Arduino, и вам нужно просто добавить в Arduino IDE соответствующую борду. Подключаем стандартным коротким кабелем по micro USB и заливаем прошивку.

Если вы всё сделали верно, то устройство сначала постарается подключиться к Wi-Fi (сеть и пароль берётся из файла настроек), затем ждёт некоторое время для “разогрева” датчиков, и наконец покажет данные на дисплее. Если по сети данные отправить не получится, то будет об этом сообщать.

Если уровень CO2 допустимый, то после загрузки подсветка выключится, и включится только если вам пора открыть форточку.

Результат

У меня это выглядит так:

Осторожно, трафик

А как же сеть?

Теперь насчёт работы с сетью. Не мудрствуя лукаво, я собираю данные в JSON и отсылаю его на сервер обычным POST запросом, где простой скрипт на PHP кладёт его в MySQL базу. Далее можно посмотреть, как изменялись ваши условия жизни в течении дня при помощи PHP и Google Charts — вся серверная часть тоже есть в ссылках.

В итоге по смешной цене, с нулевыми знаниями в электротехнике и с минимальными затратами времени мы может получить примерно такие симпатичные графики:

Осторожно, трафик

Не скажу, что это прям срывает покрова с простой истины, что “меньше народу — больше кислороду”, и что нужно периодически проветривать, да и про это много раз говорили — в том числе и про вред пластиковых окон. Но на этом примере понятно, насколько просто, быстро, надёжно и красиво можно сделать практически любой датчик, который поставляет данные для какой-то более сложной системы.

Да, показания я сравнивал с вот китайским датчиком Green Life — показания практически идентичные, только мой немного быстрее реагирует на изменение обстановки:

как выглядит

Выводы

Конечно, многое можно было бы сделать лучше. Навскидку я вижу следующие минусы:

  1. Дисплей с выключенной обладает очень низкой контрастностью. Лучше брать другой, разорившись ещё центов на 10.
  2. При включенной подсветке экран немного мерцает. Не критично, но видимо не нравится ему, что от ардуины запитывается сразу три устройства на пять вольт. Вероятно, правильно было бы сделать раздельное питание.
  3. Конечно, всё это можно красиво спаять, а не просто покидать в коробку, кое как соединив.
  4. Датчик температуры и влажности иногда возвращает левые огромные значения. Их я просто отсекаю, но вообще неприятно. Возможно, сказывается общая запитка или некачественное соединение.
  5. Конечно, можно было бы накапливать статистику и периодически её отсылать (и накапливать в случае ошибок) — никому не нужно знать своё качество воздуха с точностью до 5 секунд.
  6. Чтобы не вбивать данные вайфайной точки при компиляции, можно было бы сделать, чтобы в случае, если коннект не удался, устройство переходило в режим вайфай точки (да, Wemos это умеет), подцепившись к которой, можно его перенастроить — в том числе ввести новое имя сети и пароль.
  7. Wemos D1 всем хорош, но у меня иногда вылетает (раз в 2-3 дня) по неизвестным причинам, и сам перегружается только через несколько часов. Вроде как не мой софт кривой, просто борда не очень стабильная. Можно с этим бороться подключением устройства к какой-нибудь ардуино нано, которая его перезапускает при необходимости, или просто поставить железку с таймером, которая будет раз в полчаса перезапускать устройство (благо у него есть вход RESET).
  8. При выдёргивании и возврате обратно питания, датчик СО2 сходит с ума, что лечится перезагрузкой. Я это решил простым способом — при накоплении некоторого количества непрерывных ошибок, устройство само себя перезапускает, после чего всё приходит в норму. Вероятно, можно было бы решить это более правильным способом на уровне железа.
  9. Температура измеряется с точностью до двух градусов, влажность — с точностью до десяти процентов. В бытовых целях достаточно, а для какого-то другого использования понадобится датчик поточнее.
  10. Если вам требуется отправить один небольшой пакет данных, то библиотека для работы с JSON это убийство воробьёв из пушки. Гораздо проще собрать JSON ручками, или вообще передавать параметры при помощи GET/POST, что я вначале и делал. Но при наличии огромного количества оперативки на Wemos — почему нет, так красивее. Но при портировании кода на маломощную ардуину скорее всего придётся переписать это.

Использованные библиотеки

ссылка на оригинал статьи https://geektimes.ru/post/270958/

Источник: http://savepearlharbor.com/?p=274136

Простая и эффективная система контроля окружающей среды: создаем с нуля

Детектор загрязнения окружающего воздуха на Arduino

Как построить систему контроля параметров окружающей среды для бытового использования, применяя бюджетные компоненты? – для этого достаточно прочесть предлагаемую статью и приобрести все необходимое со склада компании КОМПЭЛ.

Зачем эта система нужна?

Думаю, каждому из нас знакомо это ощущение – и рад бы сделать что-то полезное, но так душно, что невольно погружаешься в состояние вялости и апатии. Или жарко, нечем дышать.

Или, наоборот, холодно, зябнут ноги, и внимание постоянно ускользает. Самочувствие человека и его работоспособность существенно зависят от состояния окружающей среды.

Температура воздуха – это самый наглядный пример, но реально таких параметров существенно больше. Наиболее важные из них:

  • Температура. Человек комфортно себя чувствует в достаточно узком диапазоне температур. Выход за пределы этого диапазона снижает работоспособность, может привести к простудным заболеваниям.
  • Влажность. При понижении влажности сохнет кожа, высыхают слизистые оболочки. Кроме неприятных ощущений, это повышает риск проникновения инфекции.
  • CO2 – очень коварный параметр. У человека нет органа чувств, который позволял бы изменить его напрямую. Но состояния, когда душно, болит голова, возникает сонливость, часто напрямую связаны именно с повышенной концентрацией этого газа. Человек идеально себя чувствует при уровнях CO2 700 ppm и ниже. При уровне 1000 ppm появляется ощущение несвежего воздуха, становится немного душно. При росте показателей до 2500 ppm становится все более и более душно. Интересно, что уровень кислорода при этом изменяется незначительно – с 20% падает примерно до 19,75%. То есть, когда вы думаете, что вам нечем дышать и не хватает кислорода – на самом деле в воздухе просто слишком много углекислого газа.
  • Концентрация летучих органических веществ (Volatile Organic Compounds, VOC) – параметр, который показывает наличие в воздухе разнообразных примесей. В самом простом случае этот параметр повышается от пригоревшей на кухне еды или дыма от сигарет.
  • CO (угарный газ) – в современных городских квартирах параметр не очень критичный. Но в загородных домах, где используется открытый огонь для обогрева и приготовления пищи, повышение концентрации этого газа может привести к фатальным последствиям.
  • Пыль. А этот параметр, наоборот, обычно критичен для города. Многочисленные машины и работающие предприятия способствуют увеличению в воздухе пыли микронного размера (обычно обозначается PM5), высокая концентрация которой способствует возникновению онкологических заболеваний.

Как мы видим, есть довольно много параметров окружающей среды, которые следует контролировать для обеспечения хорошего самочувствия и работоспособности.

Причем желательно анализировать их в комплексе и принимать решения именно по совокупности данных. Очевидный пример – проветривание.

Для понижения температуры оно не будет иметь смысла, если температура на улице выше комнатной, но может потребоваться для понижения концентрации одного из измеряемых газов.

Идея устройства, стек технологий

Существует множество готовых устройств, которые измеряют один или несколько из перечисленных выше параметров. Но для использования в домашних условиях многие из этих решений оказываются либо слишком избыточны, либо слишком просты.

Задача, которая была поставлена при проектировании описываемого прибора – сделать универсальное устройство, к которому может быть подключено необходимое для данной комнаты количество датчиков. Устройство подключается по Wi-Fi к Интернету и передает данные на веб-сервер.

Сервер накапливает и анализирует данные, затем передает результат анализа и управляющие команды на устройство, которое, в свою очередь, пересылает команды на исполнительные модули по радиоканалу.

Решение должно обеспечивать дружественный интерфейс, уведомлять пользователя о выходе параметров за допустимые пределы, легко вписываться в любой интерьер и при этом иметь минимальную стоимость.

Факторы, влияющие на стоимость разрабатываемого изделия

Начнем с внешнего вида и возможности вписаться в любой дизайн, так как этот фактор определит последующие шаги по проектированию изделия. Значения контролируемых параметров мало зависят от места их измерения. Поэтому блок с датчиками можно расположить на шкафу или в любом другом месте, где он не будет заметен.

Не нужно заставлять пользователя непрерывно следить за изменениями параметров. Если значения какого-либо показателя выйдут за пределы нормы, то управляющий исполнительный модуль будет задействован автоматически. Если такого модуля нет, будет послано сообщение на зарегистрированный в системе телефон пользователя.

Таким образом, можно полностью отказаться от дисплея на устройстве, что позволит минимизировать требования к дизайну. А если устройство будет скрыто от пользователя, оно может быть размещено в любом типовом корпусе.

Так как предполагается, что устройство будет постоянно подключено к веб-серверу, имеет смысл перенести всю логику обработки именно на сервер, оставив устройству роль «тонкого клиента». Параметры окружающей среды меняются достаточно медленно, и со сбором данных вполне справится восьмибитный AVR-микроконтроллер.

Весь интерфейс реализуется на веб-сервере, на основе которого в дальнейшем можно разработать мобильное приложение. Для уведомления пользователей об ухудшении качества окружающей среды можно использовать PUSH-сообщения на мобильный телефон.

Так как смысл задачи – измерение качества среды в доме, можно не гнаться за максимальной точностью значений, что позволит использовать относительно бюджетные датчики.

Правда, от недорогих полупроводниковых датчиков CO2 пришлось отказаться, так как они имеют сильную зависимость от других газов. Оптимальным решением стало использование недисперсионных инфракрасных датчиков MH-Z14 производства Winsen.

Для передачи данных по Wi-Fi подойдет бюджетное решение на базе беспроводного контроллера ESP8266 от Espressif.

Обоснование выбора компонентов, характеристики датчиков

Для удобства и скорости разработки были выбраны готовые отладочные платы Arduino Nano и модуль ESP8266. Микроконтроллер ATMEGA328P-AU, установленный на плате Arduino Nano, имеет достаточно много цифровых и аналоговых входов для сбора данных с датчиков и пересылки информации в модуль Wi-Fi.

От идеи ограничиться одним ESP8266 пришлось отказаться из-за недостаточного количества цифровых и аналоговых входов у этого контроллера, а добавление внешних АЦП и коммутаторов могло привести к удорожанию конструкции.

Любые альтернативные Wi-Fi-контроллеры имеют существенно более высокую цену, чем связка ATMEGA328P и ESP8266.

Измерение концентрации CO2 можно выполнить с помощью датчиков Winsen MH-Z14 или MH-Z19 (рисунок 1). Характеристики датчиков приведены в таблице 1.

Рис. 1. Внешний вид датчиков CO2: а) MH-Z14; б) МН-Z19

Таблица 1. Характеристики NDIR-датчиков CO2 MH-Z14 и MH-Z19

НаименованиеДиапазон измерений, ppmТочность, ppmВыходыПитаниеРазмер, мм
MH-Z140…5000 (0…2000)±50+5%Аналоговый, UART, PWM5 В, < 85 мА (в среднем)57,2×34,7
MH-Z19UART, PWM3,6…5,5 В DC, < 18 мА32,6×19,5

Функционал обоих датчиков идентичен, но у MH-Z19 существенно снижен уровень потребления и уменьшен размер корпуса. Так как для принятия решения о качестве воздуха на основании концентрации СО2 достаточно знать, что концентрация находится в одном из пределов 400…1000, 1000…2000 или > 2000 ppm, то точности датчика вполне достаточно.

Все сенсоры поставляются калиброванными и имеют внутреннюю систему термостабилизации, что вместе с различными вариантами выходов позволяет быстро интегрировать их в разрабатываемое устройство. При интеграции следует учесть следующие особенности:

  • несмотря на питание до 5 В вход и выход последовательного интерфейса работают с уровнями 3,3 В, и превышение этого напряжения может привести к выходу датчика из строя;
  • после включения датчику требуется около трех минут на прогрев, во время которого выходные данные могут быть недостоверны;
  • хотя в передаваемом датчиком пакете данных и есть данные о температуре, их не стоит использовать из-за невысокой достоверности. Более того, даже расположенный на расстоянии порядка 5 см датчик температуры начинает завышать свои показания из-за теплового излучения датчика CO2;
  • датчик имеет встроенную автоматическую калибровку. Возможна также и ручная калибровка, но она требует специального оборудования.

Выходные сигналы датчиков

Расчет концентрации CO2 на основании ШИМ-сигнала выполняется следующим образом (1): длина цикла 1004 мс, первые 2 мс всегда High, последние – всегда Low, а момент перехода на низкий уровень сигнала пропорционален концентрации CO2 в пределах 0…5000 ppm (в документации указано ошибочное значение 2000 ppm, возможно, это связано с тем, что используется датчик с диапазоном 0…5000 ppm).

`Cpp\m = 5000*(Thigh-2мс)/(Thigh+Tlow-4мс)`        (1)

Напряжение на аналоговых выходах (в модели MH-Z14) линейно зависит от концентрации CO2.

Для чтения данных через UART требуется передать на датчик команду, состоящую из девяти байт:

  • 0xFF – байт начала любой команды;
  • 0x01 – номер датчика (всегда 1);
  • 0x86 – команда чтения показаний;
  • 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 – данные;
  • 0x79 – контрольная сумма.

После этого нужно прочитать девять байт ответа датчика с концентрацией газа. Данные по концентрации содержатся во втором и третьем байте ответа.

Для расчета и проверки контрольной суммы можно использовать следующий код:

char getCheckSum(char *packet) { char i, checksum; for(i = 1; i

Источник: https://www.compel.ru/lib/ne/2017/9/3-prostaya-i-effektivnaya-sistema-kontrolya-okruzhayushhey-sredyi-sozdaem-s-nulya

Датчик качества воздуха: виды, технические характеристики, особенности работы, производители и отзывы владельцев

Детектор загрязнения окружающего воздуха на Arduino

Уровень комфорта и безопасности человека зависит от микроклимата там, где люди проводят большую часть своей жизни, а именно: в доме, офисе и в служебном кабинете. Загрязнение атмосферы, сокращение зеленых насаждений, применение синтетических материалов ухудшает состав и свойства вдыхаемой воздушной смеси.

В нашей стране существуют нормативные документы, которых обязаны придерживаться ответственные владельцы производств и компаний.

Чтобы иметь представление о составе воздушной смеси, разработаны устройства и детекторы, которые определяют состояние атмосферы на наличие пыли, содержание вредных веществ, отклонение параметров воздушной смеси от нормативных характеристик.

Область применения газоанализаторов

Очень важной областью применения газоанализаторов является контроль чистоты воздуха в кабинетах здания, что понятно, ведь владелец небольшой компании, офиса или кинотеатра не сможет воздействовать на городской воздух.

В кабинете, учитывая современные возможности, создать приемлемую атмосферу можно, установив вентиляционную систему, которая будет работать в нужном режиме, учитывая состояние воздушной смеси, что позволяет создать в служебных помещениях оптимальную атмосферу.

Санитарными нормами установлены специальные характеристики воздуха, куда входят температура, влажность, концентрация углекислого газа, озона, летучих органических соединений, задымленность и запыленность. Эффективность и скорость определения показателей зависит от точности датчика качества воздуха.

Когда в здании находится много людей, газоанализатор должен быстро измерять состояние воздушной смеси, по его командам, подача чистого воздуха должна осуществляться более интенсивно. Если людей мало или нет совсем, подача должна снижаться вплоть до полной остановки.

Одним из основных параметров, которые характеризуют оптимальный состав воздуха, является концентрация углекислого газа. Когда человек заходит в офис и отмечает, что в нем душно, это, скорее всего, говорит о повышенном содержании диоксида углерода.

При вдыхании воздуха, где содержание углекислоты выше рекомендуемых значений, организм ощущает дискомфорт, человек чувствует себя уставшим, становится невнимательным и рассеянным.

При нахождении в служебном кабинете значительного количества человек, когда все они выдыхают углекислоту, в помещении становится душно, поэтому основным критерием плохого состава воздушной смеси становится содержание в ней углекислого газа, говорящего о необходимости проветрить офис.

Отслеживание содержания углекислоты в воздухе позволяет контролировать состояние атмосферы в здании. Для этого применяются датчики качества воздуха, отслеживающие уровень двуокиси углерода, выпускаются они различными фирмами, имеется много различающихся по цене и характеристикам моделей, предлагаются различные варианты их размещения.

Комнатные детекторы

Отслеживание содержания диоксида углерода комнатными датчиками качества воздуха “Ардуино” основано на ослаблении инфракрасного излучения при увеличении количества диоксида углерода. Осуществляется измерение инфракрасным анализатором.

Комнатные анализаторы состояния воздушной смеси дают возможность индивидуальной регулировки подачи внешнего воздуха при необходимости освежить кабинет, обеспечивают соответствующее стандартам состояние воздуха, снижают затраты на электроэнергию, поскольку подача осуществляется в нужный момент.

Выпускается немало моделей комнатных датчиков качества воздуха, имеется много типов приборов настенного размещения. Из комнатных детекторов контроля состояния воздуха наибольшее применение имеют два вида:

  1. Детектор двуокиси углерода, имеющий релейный выход, кнопки управления вентиляционной системой, светодиодной индикацией.
  2. Детектор без индикации и кнопок управления. Анализаторы показывают содержание двуокиси углерода в комнате, при превышении его концентрации сотрудник самостоятельно включает вентиляцию и обеспечивает приток чистого внешнего воздуха. Все детекторы могут измерять количество диоксида углерода, отслеживая граничные показатели, измерения обычно имеют следующие диапазоны:
  • От 0 до 0.02%.
  • От 0 до 0,03%.
  • От 0 до 0.05%.
  • От 0 до 0,1%.

Полученные данные преобразуются в активные выходные сигналы на монитор, возможно использование аналогового вывода данных, несущих в себе информацию о концентрации диоксида углерода.

Государственными стандартами регламентируется допустимая концентрация диоксида углерода в воздухе и производительность вентиляционной системы, которая зависит от количества людей. По стандарту, на одного сотрудника должно приходиться не менее тридцати кубометров приточного воздуха в час.

Комнатный датчик качества воздуха необходимо в соответствии с нормами устанавливать на расстоянии, превышающем один метр от постоянного местонахождения людей, но не ближе одного метра до приточной вентиляции.

Автоматические датчики для вентиляции

Для автоматизации процесса работы системы подачи и очистки используются датчики качества воздуха для вентиляции. Эти устройства подключены к приборам управления вентиляцией и при отклонении параметров от заданных автоматически регулируют приток кислорода.

Автоматизация систем вентилирования дает возможность поддерживать состояние воздуха в помещении на оптимальном уровне, позволяет исключить человеческий фактор.

Встроенные в вентиляцию датчики качества воздуха также позволяют экономить электроэнергию, так как кондиционеры и вентиляционные системы работают не постоянно, а только в заданное программой время. Анализаторы могут быть подсоединены к системам увлажнения или озонирования.

Технология работы прибора состоит в том, что через реле датчик включает вентиляционную систему только тогда, когда замечено превышение концентрации диоксида углерода.

Газоанализатор SQA

Кроме углекислого газа в доме могут витать другие газы и запахи. Для того чтобы отслеживать качество вдыхаемого кислорода и повышение концентрации некоторых газов, и были разработаны газоанализаторы. Они способны контролировать характеристики воздушной смеси.

Датчик качества воздуха SQA отслеживает концентрацию не отдельного элемента атмосферы, углекислоты или другого отдельного газа, он включает вентиляцию при обнаружении органических веществ, изменяющих состав атмосферы в зависимости от заложенных в устройство параметров.

После того как параметры микроклимата офиса достигнут нормы, а воздушная смесь приобретет необходимые характеристики, подача воздуха извне будет продолжаться еще некоторое время, установленное таймером, до двадцати пяти минут.

Устройству контроля можно установить заданные параметры воздуха, при отклонении от них он включает принудительную подачу воздушной смеси до достижения оптимального состава.

Детектор контроля загрязнений воздуха Arduino

Организацией по охране окружающей среды выделены основные пять загрязнителей воздуха, к ним относятся оксид азота, диоксид серы, оксид углерода, озон, твердые частицы. Датчик качества воздуха Arduino является оптимальным и очень экономичным способом отслеживания чистоты воздуха, он может выявлять загрязнение основными вредоносными агентами, кроме диоксида серы.

Устройство имеет также детектор твердых частиц, влажности, температуры и анализатор выявления наличия бытового газа, что дает возможность определить утечки и наличие в воздухе других горючих углеводородов. Датчики качества воздуха запускают вентиляцию в автоматическом режиме для очистки здания.

Это происходит в том случае, если имеется превышение по любому заданному параметру.

Датчики качества воздуха VOC

Аббревиатура VOC означает “летучие органические вещества”. Датчик качества воздуха VOC оценивает состав смешанного воздуха анализатором смешанного газа. Им отслеживается концентрация имеющейся смеси газов.

Анализатор определяет состояние воздуха, позволяет количественно оценить насыщенность его различными газами, сигаретным дымом, парами бензина, растворителя, краски.

Этот датчик сам калибруется, управляется микропроцессором, превышение концентрации вредных примесей обнаруживается использованием химического чувствительного элемента, который вступает в реакцию с органическими примесями загрязнителей воздуха, что ведет к изменению его электропроводности.

Она измеряется приборами и переводится в цифровой вид. Чувствительный химический элемент при эксплуатации прибора расходуется, срок его службы зависит от типа загрязняющих веществ и их концентрации.

Детекторы состояния воздуха KNX

KNX – это автоматизированная система комплексного обслуживания зданий, стандартизированная и использующая единое программное обеспечение.

Автоматизация управления домом с применением системы дает возможность значительной экономии энергоресурсов, например, применение комплексного обслуживания здания при управлении вентиляцией может обеспечить экономию электроэнергии до сорока пяти процентов.

При использовании системы KNX датчики качества воздуха управляют вентиляцией помещений здания в целом. Детекторы других функций, отопления, жалюзи, освещения также подсоединены к устройствам управления этих систем.

Суть схемы управления микроклиматом в здании заключается в измерении датчиками контроля качества воздуха, фиксировании текущих показаний и передаче их в систему управления микроклиматом, которая регулирует подачу или прекращение подачи свежего воздуха в то или иное помещение.

В настоящее время выпускается целая линейка датчиков качества воздуха в помещении, способных определить наличие в воздухе пыльцы. Такие устройства определяют степень загрязнения атмосферы твердыми частицами.

Компании-производители разработали и реализуют устройства для определения количества пыли и пыльцы, способные различать частицы размерами до 2,5 микрон с помощью оптических способов и с использованием лазерного луча.

Частицы подобного размера считаются серьезными и опасными для здоровья загрязнителями воздуха, в Японии и Китае они считаются важным фактором роста заболеваний. Особенно опасна пыльца и пыль для болеющих астмой, хронической пневмонией, сердечно-сосудистыми заболеваниями при сезонном цветении растений.

Оптический способ состоит в том, что рассеянный от частиц свет собирается системой зеркал. Разработчики датчиков считают, что прибор способен отличать частицы пыли от пыльцы, анализируя характерные особенности рассеянного света.

Детекторы, использующие оптический способ контроля концентрации пыли и пыльцы в воздухе, показывают количество взвешенных в воздухе частиц. Прибор, использующий лазерный луч для определения количества твердых частиц в воздухе, применяет способ направления лазерного луча в воздух, по рассеянию возвращенного луча определяется концентрация взвешенных в воздухе твердых частиц.

Очистители воздуха от пыльцы

На определении степени загрязнения люди остановиться не могли и разработали устройства для очистки воздуха от примесей.

Хорошим изобретениям по очистке воздуха необходимо выполнять минимум две задачи: поддерживать оптимальное состояние воздуха вентилированием, очищать его от взвешенных частиц, а также вредных газов.

Эти приборы должны быть оснащены фильтрами, которые должны улавливать пыль, пыльцу и другие твердые загрязнители. Принцип очистки заключается в прогонке воздушной смеси вентилятором прибора через набор фильтров, что позволяет обеспечивать быструю очистку значительных по объемам помещений.

Многие модели оборудованы угольными фильтрами, которые улавливают большую часть канцерогенных веществ, газов, ликвидируют запахи, табачный дым, иногда модели дополнительно оснащены ионизаторами воздуха. Также существуют приборы для измерения качества воздуха с датчиками на пыльцу. По способам очистки можно выделить следующие виды очистителей:

  • Электростатический очиститель производит очистку ионизированным воздухом. Он эффективно улавливает пыль, копоть и табачный дым. Оснащение озонатором помогает регулировать количество микробов и бактерий. Прибор несложен в уходе, электроэнергии потребляет немного, недорог, не требует расходных материалов, нужно лишь периодически убирать накопившуюся пыль.
  • Очистители со сменными фильтрами очень эффективны против пыли. Они недорогие, но периодически требуется заменять фильтры.
  • Фотокаталитические очистители считаются самыми эффективными, очистка производится путем разложения твердого вещества воздуха под действием ультрафиолетовых лучей и катализатора. Эффективен также против запахов и дыма. Эти приборы не нуждаются в расходных материалах, но имеют довольно высокую стоимость.
  • Очистители, использующие для очистки воздуха воду. Приборы такого типа обычно сочетают одновременно увлажнитель и очиститель воздуха.

Часто производителю в одном датчике качества воздуха приходится умещать целую комбинацию из разных способов очистки, что увеличивает эффективность прибора. Выбор такого аппарата стоит производить с учетом площади дома, количества пыли, наличия курильщиков, а также цены и производителя.

Человеком придумано много способов для обнаружения загрязняющих веществ и контроля за состояния воздуха в помещениях, будет придумано еще больше.

Однако, все-таки, не стоит забывать об элементарных, веками испытанных способах борьбы с пылью, грязью и запахами, это систематическая влажная уборка и очищение от пыли.

В современных жилых помещениях применяют комплексный автоматизированный контроль состояния условий пребывания в служебных помещениях, который в автоматическом режиме позволяет реагировать на изменение характеристик микроклимата в зданиях.

А вот в старых сооружениях вентиляция редко оснащена хотя бы грубыми фильтрами для очистки поступающего воздуха от крупных частиц пыли. Для того, чтобы не подвергать риску здоровье персонала, специалисты рекомендуют устанавливать локальные системы поддержания микроклимата в помещениях.

В этом может помочь датчик реле качества воздуха.

Отзывы о газоанализаторах

Многие люди в нашей стране уже приобрели приборы, контролирующие уровень загрязненности воздуха в жилом помещении. Отзывы покупателей газоанализаторов гласят, что они помогают сохранить здоровье.

Особенно актуально использовать данные приборы в крупных городах, где уровень загрязненности воздуха часто превышает допустимые стандарты.

Также газоанализаторы хвалят молодые родители, стремящиеся защитить своего малыша от вредного воздействия окружающей среды.

Мамочки на форумах оставляют в основном положительные отзывы об автоматических очистителях воздуха и газоанализаторах. Они подчеркивают, что слабый организм ребенка порой очень страдает от пыли и грязи в квартире, что часто приводит к аллергии.

Источник: http://fb.ru/article/396195/datchik-kachestva-vozduha-vidyi-tehnicheskie-harakteristiki-osobennosti-rabotyi-proizvoditeli-i-otzyivyi-vladeltsev

Делаем систему контроля качества воздуха внутри помещений

Детектор загрязнения окружающего воздуха на Arduino

15 октября в 14:52 / Умный дом / Arduino, Датчики

В этом уроке на основе Ардуино и нескольких комплектующих мы сделаем систему контроля качества воздуха внутри помещений.

Система контроля качества воздуха нам будет необходима для обнаружения токсичных газов в квартире или в доме.

Комплектующие

Нам понадобятся несколько плат и сенсоров для системы контроля воздуха на Ардуино.

Аппаратное обеспечение

  • Arduino Yun и Genuino Yun шилд × 1
  • Arduino Leonardo × 1
  • Arduino Yun × 1
  • Arduino MKR GSM 1400 × 1
  • Arduino MKR WAN 1300 × 1
  • Seeed Grove – сенсор газа (MQ2) × 1
  • Seeed Grove – сенсор качества воздуха v1.3 × 1
  • Android устройство × 1

Приложения

О проекте

загрязнений воздуха внутри помещений создается Агентством по охране окружающей среды США (EPA) и его Научным консультативным советом. Этот рейтинг входит в пятерку экологических рисков для общественного здоровья.

Средний человек тратит около 90% своего времени в помещении, так что плохое качество воздуха в помещениях (IAQ) представляет значительный риск для общественного здравоохранения. Плохое качество воздуха может вызвать повышенные краткосрочные проблемы со здоровьем, такие как усталость и тошнота, а также хронические респираторные заболевания, сердечные заболевания и рак легких.

По оценкам, ежегодные затраты и потери производительности в США составляют от 10 до 20 млрд. долларов, связанных с синдромом больного здания, который определяется для описания острых последствий для здоровья и дискомфорта, которые, как представляется, связаны с плохим качеством воздуха в помещении и временем, проведенным в здании.

В этом проекте мы собираемся сделать систему контроля качества воздуха внутри помещений. Наша система будет подключена к Интернету, и в результате каждый сможет удаленно визуализировать форму индекса качества воздуха в любом месте.

Американская градация качества воздуха выглядит таким образом:

В левом столбце – Индекс Качества Воздуха. В среднем столбце – Уровень Здоровья Человека. В третьем столбце – цветовой индикатор, который сигнализирует о качестве воздуха.

Структурная схема системы выглядит таким образом:

Возможные направления применения этой системы:

  • Дома и офисы
  • Промышленные помещения
  • Дистанционное зондирование для пожарных
  • Исследования и сельское хозяйство
  • Больницы и клиники

Оборудование и программы:

  • Широкий диапазон плат IoT с WiFi (MKR1000 и Yún Rev2) и GSM / узкополосная связь (MKR FOX 1200, MKR WAN 1300 и MKR GSM 1400). Для прототипирования этого проекта использована Ардуино Леонардо с шилдоим Yún.
  • Газовые датчики (MQ-2, 3, 7)
  • Датчик качества воздуха (MQ-135)
  • Android-устройство
  • Платформа разработки мобильных приложений
  • IoT облако
  • Перемычки/провода
  • Навыки программирования
  • Arduino IDE / Arduino Web IDE
  • Панель солнечных батарей для экологичного источника питания

Схема соединений

Датчик качества воздуха:

  • VCC на вывод 5V Arduino
  • GND на GND вывод Arduino
  • SIG на A3 пин Arduino

Датчик газа MQ-2:

VCC на вывод 5V ArduinoGND на вывод GND Arduino

SIG на A2 разъем Arduino

Датчик газа MQ-3:

VCC на вывод 5V ArduinoGND на вывод GND Arduino

SIG на вывод A1 Arduino

Загрузка прошивки

Скачайте прошивку (исходный код) и загрузите ее на плату Arduino. Перед загрузкой убедитесь, что у вас есть все библиотеки.

Репозиторий git:

https://github.com/Mohammadsalahuddin/indoor_air_quality_monitoring

Подключение облака

Пожалуйста, обратитесь к разделу документации thinger.io для облачной связи – http://docs.thinger.io/arduino

Важно! Мобильное приложение на данный момент собирает данные из учетной записи автора и в результате, если устройство находится в отключенном режиме, мобильное приложение не отображает никаких данных (NaN).

Код

Код для Ардуино вы можете скачать или скопировать ниже.

Скачать arduino_kachestvo_vozduha.ino// Air Quality monitoring #include #include // The Thinger.

io cloud #define USERNAME “YOUR_USER_NAME” #define DEVICE_ID “YOUR_DEVICE_ID” #define DEVICE_CREDENTIAL “YOUR_CREDENTIAL” ThingerYun thing(USERNAME, DEVICE_ID, DEVICE_CREDENTIAL); void setup() { pinMode(A0, INPUT); pinMode(A1, INPUT); pinMode(A2, INPUT); pinMode(A3, INPUT); // initialize bridge Bridge.begin(); // resource output example (i.e.

reading a sensor value, a variable, etc) thing[“LPG”] >> outputValue(analogRead(A0)); // optional thing[“CO2”] >> outputValue(analogRead(A1)); thing[“CO”] >> outputValue(analogRead(A2)); thing[“AIRQ”] >> outputValue(analogRead(A3)); // more details at http://docs.thinger.io/arduino/ } void loop() { thing.handle(); }

Демо

На видео можно увидеть прототип устройства системы контроля качества воздуха и его работу.

В планах на будущее этой системы могут быть добавлены следующие функции:

  • индикатор.
  • сигнал тревоги, основанный на зуммерах, когда обнаруживается высокая степень загрязнения.
  • push-уведомление пользователей в случае опасной ситуации.

Источник: https://ArduinoPlus.ru/sistema-kontrolya-kachestva-vozduha/

Детектор загрязнения окружающего воздуха

Детектор загрязнения окружающего воздуха на Arduino

Данное устройство предоставит пользователям экономичное решение для контроля качества воздуха. Организации по защите окружающей среды определили пять основных загрязнителей атмосферы: озон, твердые частицы в воздухе, оксид углерода, диоксид серы и оксид азота.

Данное устройство может детектировать все эти загрязняющие вещества, кроме диоксида серы. Кроме того, устройство включает детектор бытового газа, что позволит предупреждать пользователей об утечке газа или присутствия горючих газов.

Также в комплект входит датчик температуры и влажности.

Мы откалибровали устройство согласно даташитов датчиков для предварительной оценки качества работы устройства в целом. Так как используемые датчики достаточно дешевые и их параметры значительно колеблются от компонента к компоненту, их калибровка выполнялась при заранее известной концентрации вредных газов.

Шаг 1: Материалы

Управление и питание

  • Микроконтроллер Arduino Uno
  • Источник питания напряжением 5В
  • RGB 16×2 LCD шилд

Датчики

  • Датчик твердых частиц Shinyei PPD42
  • Газовый датчик MQ-2
  • Газовый датчик MQ-9
  • Газовый датчик MiCS-2714 (NO2)
  • Газовый датчик MiSC-2614 (Озон)
  • Датчик температуры и влажности Keyes DHT11

Дополнительные материалы для сборки

  • Доступ к 3D принтеру
  • Макетная плата
  • 5В вентилятор
  • 10 — 15 проводников калибра 24 (0.511 мм)

Шаг 2: Общая электрическая схема

Вышеуказанная электрическая схема представляет собой общую схему, демонстрирующую работу детектора вредных газов. Подробная электрическая схема для макетной платы будет представлена ниже.

Примите во внимание, что вы можете изменить большинство цифровых и аналоговых портов, к которым подключаются датчики, если это будет необходимо (по любой причине); для этого следует внести изменения в предоставленный код программы.

Шаг 3: Датчик твердых частиц

Для сбора данных о концентрации твердых частиц в воздухе мы использовали два пылевых датчика Shinyei PPD42.

Каждый датчик Shinyei имеет два сигнальных выхода: один для мелких твердых частиц (левый желтый провод на изображении выше) и один для больших твердых частиц. Эти выходы подсоединены к цифровым входам Ardiuno. Для портов датчика требуется напряжение питания +5В и земля. Смотрите общую электрическую схему.

Каждый датчик использует инфракрасный светодиод и фотодиод для измерения концентрации рассеянных в воздухе твердых частиц. Внутренняя схема преобразует выходной сигнал фотодиода в цифровые сигналы.

Обычно на выходе датчика сигнал +5В, а когда датчик обнаруживает частицы, он посылает низковольтный импульс.

Период времени, когда на выходе низкий сигнал или «low-pulse occupancy percentage» (процент времени, в течение которого на выходе фотодиода низкий уровень напряжения) пропорционален концентрации твердых частиц в воздухе.

Подробный анализ обратного декодирования датчика Shinyei PPD42 указан в учебном материале Трейси Аллена

Шаг 4: Печатная плата газового датчика

Выше показана электрическая схема для печатной платы газовых датчиков и датчика температуры/влажности. Подробные сведения об установке каждого компонента указаны ниже в следующих шагах.

Заметьте, что ваша печатная плата может отличаться физически от указанной на изображении.

Фактически, рекомендуется самостоятельно изготовить печатную плату для компонентов с поверхностным монтажом, вместо использования макетной платы.

Шаг 5: Датчики озона и NO2

Мы использовали датчики с поверхностным монтажом MiCS-2614 и MiCS-2714, которые могут обнаруживать в воздухе озон и двуокись азота соответственно.

Оба этих датчика используют внутренний резистор в своем сенсорном элементе. На схеме выше измерительный резистор расположен между выводами (G) и (K). Используйте омметр для того, чтобы убедиться в правильном расположении выводов. Сопротивление резистора должно находиться в пределах 10-20 kΩ.

Кроме того оба датчика оснащены нагревательным элементом между выводами (A) и (H). Данный нагревательный элемент поддерживает требуемую температуру сенсорного элемента. Сопротивление нагревательного элемента составляет 50-60Ω.

В идеальном случае оба датчика необходимо установить поверхностно на печатной плате. Однако при отсутствии печатной платы следует аккуратно подпаиваться к выходам этих датчиков, используя низкотемпературный припой и проявлять особую осторожность.

Как показано на электрической схеме для макетной платы, мы установили резисторы номиналом 82Ω и 131Ω последовательно с нагревательными элементами датчиков MiCS-2614 и MiCS-2714 соответственно.

Это гарантирует, что нагревательные элементы получат необходимый уровень мощности.

Если у вас нет резистора номиналом 131Ω (это нестандартное значение), тогда используйте резисторы на 120Ω и 12Ω, подключенные последовательно.

Мы разместили измерительные резисторы в обоих датчиках последовательно с резисторами 22kΩ с целью создания делителя напряжения. По напряжению на выходе делителя напряжения мы смогли вычислить измерительное сопротивление датчика.

Rsenor = 22kΩ * (5В / Ввых — 1)

Шаг 6: Датчики токсичного газа MQ

Для измерения токсичных газов, включая пропан, бутан, сжиженный попутный газ и оксид углерода, мы использовали газовые датчики MQ-2 и MQ-9.

MQ-2 и MQ-9 очень похожи на датчики MiCS.

Они используют газочувствительный резистор (SnO2) для детектирования концентраций токсичных газов и имеют нагревательный элемент для поддержания требуемой температуры датчика.

Схемы, используемые для этих датчиков, аналогичны схемам для датчиков MiCS, за исключением того, что мы использовали транзистор вместо резистора для регулировки нагревательной мощности в MQ-9.

Для получения подробных сведений касательно монтажа обратитесь к электрической схеме для макетной платы.

Для датчика MQ-2, подсоедините вывод с меткой A к 5В питания, вывод с меткой G к земле, а вывод с меткой S подсоедините к земле через резистор 47 kΩ.

Для газового датчика MQ-9, подсоедините вывод с меткой A к транзистору, вывод с меткой B к 5В питания, вывод с меткой G к земле, а вывод с меткой S подсоедините к земле через резистор 10 kΩ.

Шаг 7: Датчик температуры и влажности

Данный датчик нужно обязательно использовать, поскольку контроль температуры и влажности играет важную роль в определении концентрации газов. Высокая влажность и температура значительно влияют на точность измерений. Поэтому очень важно контролировать эти изменяющиеся параметры.

Температуру и влажность можно одновременно контролировать с помощью одного датчика. Согласно изображению выше, левый вывод присоединяют к питанию, средний вывод – сигнальный выход, а правый к земле. Выходной сигнал от данного датчика поступает на цифровой порт Arduino.

В нашем коде предполагается, что температурный сигнал поступает на цифровой порт 2. При необходимости можно поменять на другой цифровой порт; просто в код программы следует внести соответствующие коррекции в зависимости от выбранного порта.

Для надлежащего использования данного компонента обратитесь к электрической схеме для макетной платы.

Шаг 8: Источник питания и вентилятор

Если вы обратите внимание на электрическую схему для всего проекта, то увидите, что вам необходимо только одно входное напряжение величиной 5В. Для данного проекта можно использовать обычный сетевой адаптер, показанный выше. Кроме того, вам потребуется корпусной вентилятор, который поможет предотвратить перегрев устройства. Можно использовать стандартный 5В вентилятор требуемого размера.

Шаг 9: Корпус

Корпус можно изготовить многими способами. Мы использовали UP 3D принтер. Мы приложили STL файл, который использовали для окончательной печати.

Шаг 10: Код программы

Код для извлечения исходных данных из устройства прикреплен выше. Данный код распечатывает на компьютере через последовательный монитор значения сопротивления датчика, процент занятости низко импульсных сигналов Shinyei PPD42 и показания температуры и влажности. Также исходные данные можно просмотреть на LCD дисплее.

Для правильной работы кода сначала необходимо загрузить библиотеки для LCD шилда, и датчиков температуры и влажности. Библиотеки можно найти на следующих веб-сайтах:

Код для LCD шилда

Код для датчика температуры и влажности

Шаг 11: Интерпретация данных

Для определения концентрации твердых частиц мы использовали научную статью Дэвида Холстиуса (David Holstius).

В статье для пылевого датчика Shinyei PPD42 были определены соотношения выходов датчика и измерений, проведенных Управлением по охране окружающей среды. Диаграммы в приложении указывают наиболее подходящие графики для данных.

Мы использовали графики для выполнения аппроксимации концентрации твердых частиц PM2.5 в микрограммах на метр кубический следующим образом:

PM2.5 = 5 + 5 * (небольшой процент времени, в течение которого на выходе фотодиода низкий уровень напряжения).

Для оценки концентрации газа от газовых датчиков MiCS, мы использовали графики в даташитах (NO2 и O3) для извлечения функций, касающихся сопротивления датчика по отношению к концентрации газа.

Для датчиков MQ мы использовали графики из даташитов датчиков для качественной оценки данных. Когда значение сопротивления падает ниже половины сопротивления в воздухе, то вероятно, что датчик обнаруживает целевые газы. Когда сопротивление падает на коэффициент 10, уровни целевого газа будут в районе 1000 промилле, то есть близко к требуемому безопасному пределу.

Оригинал статьи

Прикрепленные файлы:

  • Polution Box 133mm.rar (59 Кб)

Источник:

Универсальный детектор Спасатель

Бытовой универсальный детектор загрязнителей воздуха «Спасатель» предназначен для обнаружения загрязнителей воздуха: природного топливного газа (метана), пропана, бутана и угарного газа (монооксида углерода) в воздухе бытовых и коммунальных помещений с последующей выдачей световой и звуковой сигнализации.

Из-за высокой чувствительности, примененного датчика, «Спасатель» также может реагировать на наличие в воздухе паров бензина, алкоголя (этанола), органических растворителей и других веществ (таких, как аэрозоли, лаки для волос, сигаретный дым и т.д.).

Приборы могут устанавливаться также в помещениях, где эксплуатируется газоиспользующее оборудование (газовые отопительные и водонагревательные котлы и т.п.

), в салонах автомобилей (во время стоянки), в отапливаемых автопаркингах, автостоянках и гаражах с температурой воздуха от 0 до 50 град по Цельсию, относительной влажностью воздуха не более 95% и атмосферном давлении.

Прибор не предназначен для эксплуатации в атмосфере горных выработок и шахт, во взрывоопасных, влажных, пыльных и не отапливаемых помещениях, в помещениях с содержанием в воздухе каких-либо агрессивных или высокоактивных химических веществ, на открытых участках, в салонах автомобилей во время движения. Бытовой детектор «Спасатель» не подходит для коммерческого, промышленного использования, а также для основной защиты от взрыва.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ детектора загрязнителей воздуха Спасатель

Устройство использует электрохимический метод обнаружения газов и других примесей в воздухе помещений (применяются высокочувствительные полупроводниковые датчики).

Для оповещения людей об обнаружении повышенного содержания опасных примесей в воздухе устройство выдает прерывистый звуковой сигнал, сопровождаемый красными световыми вспышками. Конструкция устройства позволяет потребителям, в случае необходимости, самостоятельно регулировать уровень чувствительности датчика «Спасателя».

Источник: https://electshema.ru/elektrotehnika/detektor-zagryazneniya-okruzhayushhego-vozduha.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.