Диоксид углерода CO2 большинству людей известен как углекислый газ. Он является продуктом различных химических процессов, связанных с участием в них кислорода. Человек тоже является источником CO2, выдыхая его. При большой концентрации в закрытом помещении газ негативно влияет на самочувствие людей, вызывая сонливость и повышенную утомляемость. Он сам по себе не имеет ни цвета, ни запаха. Чтобы зафиксировать его повышенную концентрацию в окружающей атмосфере, можно использовать датчик газа на Ардуино.
Датчик углекислого газа MQ-135:
Влияние содержания СО2 на человека
С повышением уровня углекислого газа в помещении люди начинают ощущать духоту, учащается сердцебиение, появляется утомляемость. Дальнейшее ухудшение качества воздуха может и вовсе привести к трагическим последствиям. Концентрацию газа в атмосфере ограниченного объёма измеряют в ppm. 1 единица ppm соответствует 1 см3 в 1 м3 воздуха. В результате исследований и наблюдений были определены 3 критических порога самочувствия людей при определенном содержании СО2:
| № | Содержание СО2, ppm | Симптомы |
| 1 | 400–800 | Отличное самочувствие |
| 2 | 800–1200 | Сонливость, утомляемость, падает внимание |
| 3 | 1200 и более | Потеря трудоспособности, угроза здоровью |
Влияние СО2 на человека:
Что такое Ардуино
Такое название носит аппаратно-программное устройство. Плата небольших размеров с процессором обладает собственной памятью. На ней расположено довольно много клеммных-контактов, к которым можно подсоединять различные устройства: контроллеры, световые приборы, электродвигатели и многое другое. Универсальность электронной платформы заключается в том, что её можно загружать разными программами, с помощью которых можно управлять самыми разнообразными гаджетами. Ардуино — это своеобразная конструкторская база, с помощью которой можно создавать уникальные управляющие системы любого назначения, в том числе измеритель уровня загазованности окружающего пространства CO2.
История создания Arduino
Автором универсального прибора считается житель итальянского городка Ивреа в провинции Пьемонт. Молодой преподаватель местного университета Массимо Банци с коллегами в 2005 году, пытаясь создать универсальную платформу для обучения студентов программированию, оснастил микроконтроллер ATMEGA дополнительной обвязкой. В результате Банци получил продукт, крайне востребованный на рынке электроники.
Интересен сам факт названия электронной платформы. Группа университетских программистов частенько засиживалась в местном баре под названием Arduino. Так в давние времена звали местного правителя. Вот авторы изобретения и решили так назвать своё детище.
Версии аппаратной части платформы Ардуино
На сегодняшний день существует несколько видов плат Arduino. Последняя разработка Leonardo использует микроконтроллер AT mega 32u4, а Duemilanove построена на Atmel At mega 328. Для сборки детектора углекислого газа применяют чаще всего более дешёвую модель — Arduino Uno, основанную на том же микроконтроллере, что и предыдущая версия платформы.
Платформа Ардуино Уно:
Устройство и принцип работы датчика углекислого газа для Ардуино
CO2 — диоксид углерода тяжелее воздуха, поэтому он имеет способность скапливаться в нижних слоях атмосферы помещений и представляет угрозу для органов дыхания человека. Поэтому нужно вовремя определить опасный уровень загазованности в пространстве, где находятся люди. Самый распространённый вид детекторов СО2 — это датчик серии MQ.
Модель MQ-135 — электрохимический прибор. Он построен на принципе изменения сопротивления чувствительного химического элемента устройства при соприкосновении с углекислым газом. Элемент представляет собой керамическую трубку, на покрытие которой из оксида алюминия (Al2O3) нанесена тонкая плёнка диоксида олова (SnO2).
Модуль датчика газа:
Для нормального функционирования датчик должен находиться постоянно в нагретом состоянии. Нагреватель внутри трубки доводит её поверхность до нужного уровня температуры, при которой чувствительный слой при соприкосновении с молекулами углекислого газа меняет своё сопротивление. Элемент закрыт металлической сеткой. Она предохраняет нагреватель от контакта с другими взрывоопасными газами, которые могут попасть в помещение совместно с СО2. Такой принцип защиты используется в горном деле.
Под сеткой кроме трубки находятся 6 контактных головок. Две из них питают нагревательную спиральку внутри трубки током. Остальные две пары соединены проволочками и служат для дополнительного анализа состояния сопротивления элемента.
Что находится под защитной сеткой MQ-135:
Изменение характеристик тока, протекающего через устройство, фиксируются платой Ардуино. Процессор, обрабатывая информацию о превышении безопасного уровня СО2, отдаёт команды на включение звуковой сигнализации (зуммера), и на реле включения вытяжной вентиляции. Таким образом датчик выполняет функцию контроля за безопасным уровнем загазованности углекислым газом помещения.
Следует учитывать то, что датчик рассчитан на эксплуатацию при влажности 65% и температуре окружающего воздуха 20 °С. При влажности 95% прибор перестаёт адекватно реагировать на изменение содержания СО2. Кроме этого большую роль играет срок службы детектора. Со временем чувствительный слой трубки из SnO2 засоряется продуктами обгорания углекислого газа. В результате датчик теряет точность измерений. Производители приборов рекомендуют время от времени проводить перекалибровку датчика.
Как сделать датчик газа на Ардуино своими руками
Для того чтобы собрать своими руками датчик углекислого газа, потребуется знание основ электротехники, опыт обращения с инструментами и оборудованный рабочий стол. Кроме того, нужен компьютер с выходом в интернет и опыт обращения с операционной системой ПК.
Существует несколько проектов сборки детектора углекислого газа на Ардуино. Стоит рассмотреть два наиболее популярных из них. В принципе оба отличаются тем, что в первом случае используется датчик углекислого газа MQ-135, а в другом варианте применяется китайский инфракрасный прибор MH-Z19B.
Проект сборки детектора углекислого газа с датчиком MQ-135 на платформе Ардуино
Перед сборкой следует подготовить следующее:
- платформа Ардуино Уно;
- датчик MQ-135;
- зуммер (любое звуковое сигнальное устройство);
- LCD дисплей 16×2;
- батарейка 9 вольт;
- два трёхжильных шлейфа;
- два резистора 1 кОм;
- плата расширения Troyka Shield.
Плата Тройка Шилд:
Центром построения электронной системы контроля за качеством воздуха является плата расширения «Тройка». Панель имеет сеть контактных отверстий, через которые можно подключать различные приборы. По периметру панели расположены группы тройных контактов «S-V-G», к которым трёхжильными шлейфами подключают датчик углекислого газа и платформу Ардуино, где:
- S — аналоговый или цифровой сигнал;
- V — питание с рабочим напряжением;
- G — масса (земля).
Плата Тройка Шилд и датчик с обозначением контактов:
Датчик газа подключают к управляющей платформе проводами двух шлейфов. Как это сделать, видно на нижнем фото.
Схема подсоединения MQ-135 к панели Troyka Shield:
Теперь нужно воспользоваться компьютером, скачать из сети и установить в Serial port Arduino Uno библиотеку TroykaMQ, и текущее значение углекислого газа. Так как нагреватель нужно держать всё время во включённом состоянии, то можно подключить датчик только одним шлейфом.
Подключение MQ-135 одним шлейфом:
Скетч программы для проверки работы можно скачать по ссылке: https://cloud.mail.ru/public/PRBm/ZBttenBEK
Проект сборки детектора углекислого газа с инфракрасным датчиком MH-Z19
Прибором MQ-135 может стать датчик MH-Z19. Модуль оснащён двумя выходами, совместимыми с 5-вольтовой логикой. Измеритель может работать в одном из диапазонов газовой насыщенности СО2 от 0 до 2000 ppm и от 0 до 5000 ppm.
Датчик MH-Z19:
Датчик соединяется через панель Troyka Shield c любой платформой Ардуино. В отличие от MQ-135, китайский инфракрасный детектор страдает некоторой инерционностью показаний данных. При изменении уровня содержания в атмосфере углекислого газа, прибору требуется около минуты для коррекции показаний. Положительным является то, что срок службы MH-Z19 намного больше вышеуказанного аналога, но и стоит он дороже.
Готовый проект с нужными библиотеками вы можете скачать по ссылке: https://cloud.mail.ru/public/KRu5/HVdRtfhSk
Датчик углекислого газа не так уж необходим в жилых помещениях. Его использование в общественных местах, оранжереях, парниковых хозяйствах, цехах промышленных предприятий, животноводческих комплексах и прочих сферах деятельности человека является существенным фактором, стоящим на страже охраны здоровья людей.
(голосов: 5, средняя оценка: 4,60 из 5)
Загрузка...
