В статье описан путь от идеи до создания домашнего портативного анализатора качества воздуха (CO2, влажность, температура, давление).
Вступление
В сети много гуляет разных кошмаров про безжалостную черную плесень, которая убивает людей, а плесень любит влажные помещения. Бороться с плесенью тяжело, но самое первое, за чем нужно следить – это влажность воздуха. Еще о влажности стоит вспомнить с наступлением зимы, так как нагревая холодный воздух мы тем самым понижаем его влажность, а слишком сухой воздух негативно сказывается на слизистых оболочках, резко снижая иммунитет.
Рассуждая таким образом я пришел к выводу, что не плохо было бы соорудить на базе Ардуины такой себе показометр влажности. Пользуясь случаем и дешевизной цифровых датчиков, грех было не добавить еще и функцию барометра, термометра и, что немаловажно, функцию измерения количества углекислого газа в воздухе (в старых многоэтажках зачастую плохая вентиляция в квартирах, а сами квартиры на зиму плотно герметизируются). По углекислому газу тоже много страшилок, снижение работоспособности, головная боль, это могут быть симптомы высокой концентрации СО2 в воздухе.
В интернетах так же была найдена такая табличка допустимых концентраций СО2 в воздухе:
Итак, нам понадобится:
- 1. Arduino Pro Mini цена 2.15$
- 2. Датчик влажности и температуры DHT-22 он же AM2302 (улучшенная точность по сравнению с DHT-11), цена 4$
- 3. Датчик давления BMP180, цена 2.98$
- 4. Модуль с датчиком углекислого газа TGS4161, цена 60$
- 5. Дисплей типа Nokia 5110, цена 2,35$
Итого: 71.48$ (промышленные приборы с похожим набором датчиков стоят от 300$)
Датчик углекислого газа
На датчике углекислого газа следует остановиться отдельно. В то время как датчик давления и влажности выдают показания уже в цифре, имеют какие-никакие цепи стабилизации по питанию, то стоимость полностью цифрового датчика начинается от 120$, многовато как «для поиграться». Самый дешевый датчик в виде модуля к Ардуине китайцы предлагают на базе MG811 за 36$. Посмотрел я на его характеристики, а там дикая зависимость от влажности, наличия посторонних газов в воздухе и решил, что нужно поискать что-то более точное и таким оказался датчик, привожу его характеристики:
Успокоившись на счет стабильности показаний датчика, оформил покупку и датчик приехал через две недели.
Сборка устройства
Когда датчик СО2 ко мне приехал, у меня уже все было собрано на макетной плате, не хватало только его. Распечатав пакет с модулем и вооружившись паяльником я обратил свой взор к рекламной картинке (см. выше), мол как его подключать? Вот тут пришлось немного опешить, надежда, что Dout это цифровой выход, не оправдалась, документации на этот модуль вообще нет никакой и нигде, модуль делают китайцы штучно. Что же делать? Пришлось тыкать в ноги модуля тестером, дуть на датчик, привлекать такую-то мать, писать кролику… Методом тыка установлено что модуль содержит операционных усилителя. Первый из них имеет входное сопротивление 1,5 ТОм (Вы не ошиблись именно тера-Ом, т.е. 1500 гиг-Ом, тогда как обычный цифровой мультиметр имеет входное сопротивление не более 20 мегаОм), второй сдвоенный ОУ работает как компаратор и повторитель. Aout некий аналоговый сигнал с повторителя, Dout – сигнал с компаратора (активен если СО2 зашкаливает). Назначение вывода TCM установить не удалось.
Как же датчик работает?
Датчик представляет собой некую электрохимическую ячейку для работы которой нужна высокая температура. Температура обеспечивается встроенным в датчик нагревателем мощностью примерно 0,2Вт. Напряжение на ячейке при концентрации СО2 350ppm и ниже имеет некое стабильное значение, а когда концентрация СО2 растет, напряжение на ячейке тоже изменяется (падает) на строго определенное значение. Для согласования высокого выходного сопротивления ячейки и с целью усиления напряжения применены ОУ.
Чтобы воспользоваться датчиком нужно перевести вольты в концентрацию СО2. Документация на сенсор утверждает, что начальное напряжение на сенсоре может быть любым а вот абсолютное изменение этого напряжения строго по даташиту. Значит нужно как минимум замерить нулевую начальную точку на свежем воздухе, дальше, построить модель сенсора на основе графика его чувствительности задав в качестве точки отсчета измеренное значение. В общем худо-бедно, модель была построена, датчик откалиброван и можно было все собирать вместе в какой-нибудь корпус:
Чувствительность свеже-откалиброванного датчика была такой что он мог достоверно отличать более свежий воздух в парку от загазованного проспекта за 300 метров.
По остальным датчикам: влажность меряет отлично, взяв в руки прибор сразу можно заметить рост влажности, прям таки скачек (еще бы, когда в квартире сейчас влажность всего 29%); давление тоже меряет отлично, как абсолютное так и относительное, подняв и опустив прибор можно заметить разницу в давлении.
Далее следует...
На этом история не закончилась, а все только начиналось, потому что когда прибор перешел на автономное питание ему резко поплохело и история его лечения заслуживает отдельного топика, вот осциллограмма из истории болезни:
Автор: St007
