Датчик co2 для вентиляции своими руками
Автоматизация вентиляции с помощью детектора углекислого газа
Известно, что в процессе дыхания человек потребляет кислород (О2) и выдыхает углекислый газ (СО2). Естественно, что через какое-то время концентрация О2 в помещении снижается, а СО2 – повышается. Если в комнате или в офисе находится много людей, то очень скоро становится буквально нечем дышать.
Раньше из старых деревянных окон поддувало, и помимо очевидных минусов тем самым обеспечивалась естественная вентиляция помещения: приток кислорода и удаление углекислого газа. Бич современных квартир и офисов – это их герметичность: сейчас при закрытых пластиковых окнах нормальный воздухообмен в комнате не происходит. Кондиционеры и вентиляторы не решают эту проблему, так как подавляющее большинство этих приборов не обеспечивают приток свежего воздуха с улицы, а охлаждают и перемешивают воздух внутри помещения. Решением может быть только периодическое проветривание помещения.
Проблема усугубляется ещё и тем, что человек не всегда понимает, что качество воздуха критически низкое. Вы можете чувствовать усталость, вялость, головную боль, снижение работоспособности – но объяснять это чем угодно, но не плохим качеством воздуха.
К счастью, есть прибор, который подскажет Вам, что пора проветрить помещение – детектор углекислого газа MT8057s .
Первые версии MT8057 обеспечивали только визуальную индикацию качества воздуха – с помощью дисплея и трёх разноцветных светодиодов. На дисплее отображается точная концентрация СО2, а светодиод позволяет быстро оценить качество воздуха: зелёный – всё в порядке, жёлтый – концентрация СО2 повышена, красный – углекислого газа очень много. Очевидным недостатком являлось то, что легко было забыть посмотреть на прибор и не принять никаких мер при повышении уровня СО2.
С 2019 года выпускается новая версия прибора с индексом «s» в артикуле («sound» - звук) MT8057s. Эта модель дополнена звуковым модулем, который срабатывает в случае превышения заданного уровня СО2. Тем самым новый прибор стал гораздо удобнее в использовании. Однако и старая, и новая версии детекторов углекислого газа только сигнализируют о наличии проблемы и побуждают человека принять меры к её устранению (проветрить комнату). Многим же клиентам хотелось полной автоматизации процесса: чтобы прибор мог сам в случае необходимости включить вентилятор или иной механизм, обеспечивающий приток свежего воздуха.
Штатной возможности подключения внешних устройств в МТ8057s нет, да и вообще CO2-анализаторы с возможностью управления внешней нагрузкой относят к промышленным решениям с соответствующим негуманным ценником.
Делись с друзьями, переходи по ссылкам на сайт, подписывайся на наш канал Мастер Кит DIY и жми лайк, чтобы не пропустить новые публикации.
Но есть возможность реализации подобной функции с помощью несложной доработки МТ8057s – она под силу любому человеку, имеющему хотя бы минимальные навыки пайки и сборки простых схем. Прибор придётся открыть и подпаять к нему несколько проводов, но если сделать всё аккуратно, то гарантия на него сохранится.
Итак, приступим к доработки. Вначале пластиковой картой или металлической лопаткой необходимо поддеть заднюю крышку прибора и снять её. Не потеряйте при этом два пластиковых толкателя кнопок!
На фото3 показан детектор MT8057s со снятой задней крышкой.
Необходимые нам сигналы можно снять со звукового модуля.
В зависимости от уровня СО2 меняются напряжения на шине DATA:
- при нормальном уровне СО2 горит зелёный светодиод, на линиях DATA Y и R – 0В;
- при повышенном уровне СО2 горит жёлтый светодиод, на линии DATA Y – 3.2В, на DATA R – 0В;
- при высоком уровне СО2 горит красный светодиод, на линии DATA Y – 0В, на DATA R – 3.2В.
Теперь достаточно подключить к MT8057 внешнее реле, простейшая схема.
Сначала подберите реле необходимой мощности. Если реле будет с обмоткой 5В (например, Мастер Кит DK0116), то запитать схему можно непосредственно от MT8057s. Если же обмотка реле будет рассчитана на 12В (например, реле именитой фирмы Omron DK0114), то потребуется дополнительный адаптер питания 12В (например, Мастер Кит GS12E12). Транзистор в этой схеме может быть практически любой, структуры n-p-n. Убедитесь только, что его допустимый ток коллектора транзистора достаточен для срабатывания обмотки реле. Если ток обмотки реле не превышает 100 мА, подойдёт широко распространённый транзистор BC547 (DK0029 Мастер Кит). Диод VD1 защищает схему от токов самоиндукции, возникающих в моменты срабатывания реле. С этим справится, например, диод 1N5822 (DK0079 Мастер Кит).
Схема блока реле несложная, однако на её сборку требуется время. Для его экономии Вы можете приобрести MT8057s уже в комплекте с одним модулем реле (MT8057s + MP515) либо с четырёхканальным реле (MT8057s + MP701).
Схема подключения MT8057s к модулю реле MP515.
Вы можете использовать для управления внешней нагрузкой как сигнал DATA Y, так и сигнал DATA R (в настройках прибора можно установить пороги срабатывания жёлтого и красного светодиодов). Мощность подключаемой нагрузки не должна превышать 2 кВт. При необходимости можно дополнить схему беспроводным модулем MK324 для удобства принудительного включения/выключения нагрузки.
Схема подключения MT8057s к модулю реле MP701.
Модуль MP701 имеет четыре канала реле, что избыточно для данного применения. Вам может прийти в голову мысль соединить силовые контакты нескольких реле параллельно с целью увеличения мощности коммутации, но это плохая идея: хотя бы потому, что одно реле неизбежно будет срабатывать раньше другого (пусть даже на несколько долей секунды), что приведёт к подгоранию контактов в моменты переключения нагрузки. Поэтому мы будем использовать два из четырёх каналов управления – первый и четвёртый. При достижении уровня СО2 до первого порогового уровня (загорания жёлтого светодиода) будет включаться вентилятор №2, а при ещё более высокой концентрации углекислого газа (когда загорится красный светодиод) включится вентилятор №1.
Несколько советов по окончательной сборке системы. При использовании тонких проводов их можно пропустить через отверстия вентиляционной решётки MT8057s, тогда задняя крышка прибора закроется чётко на свои посадочные места. Для того, чтобы толкатели кнопок остались на своих местах, при сборке удобно положить заднюю крышку с установленными толкателями на стол и опустить прибор на заднюю крышку до щелчка. Блок реле разместите в корпусе подходящего размера, который также можно приобрести в Мастер Кит. Длина соединительных проводов от MT8057s до блока реле может достигать 10…20 метров.
Следует понимать, что вентиляторы должны обеспечивать приток свежего воздуха с улицы. Если они будут просто гонять воздух внутри комнаты, то уровень СО2 будет снижаться незначительно. Вместо приточных вентиляторов или совместно с ними можно включить актуатор – механизм, который будет открывать окно или фрамугу. Порекомендовать подходящую именно вам конкретную модель механизма сложно, но вам помогут соответствующие форумы в сети Интернет.
Простейший измеритель CO2 за 2000 рублей и полчаса
Измеритель уровня углекислого газа (CO2) наверное самый недооценённый прибор, который на мой взгляд должен быть в каждой квартире, ведь он показывает, насколько воздух пригоден для дыхания и с помощью него всегда видно, когда пора проветривать.
Такой измеритель в квартирах большая редкость прежде всего из-за высокой цены. Свой первый измеритель AZ Instruments 7798 CO2 datalogger я покупал за $139 и это была самая дешёвая модель на рынке.
Сейчас готовый измеритель CO2 стоит около 4000 рублей, а самодельный обойдётся вдвое дешевле.
Я разобрался с подключением датчиков углекислого газа с Aliexpress, нашёл примеры их использования и сделал простейшие измерители уровня CO2, которые очень просто повторить.
В большинстве самоделок используют датчик MH Z19B, но у него есть нехорошая особенность — если помещение не проветривается до состояния уличного воздуха каждый день, показания начинают «уплывать» (датчик автоматически калибруется каждый день и считает минимальный уровень CO2 в помещении за 400 ppm). Я заказал два более продвинутых датчика — Sensair S8 004-0-0053 (он обошёлся мне в $28.86, сейчас стоит $32.30) и Telaire T6703 (его я купил за $19.41, сейчас он стоит $28.35).
Я подключил датчики к Arduino Nano (его можно купить за $2.98), но можно использовать и другую плату Arduino. Для отображения значения CO2 используется дешёвый светодиодный экранчик TM1637 (он стоит $0.67). Для соединения удобно использовать готовые провода с коннекторами Dupont F-F (20 штук по 10 см стоят $0.87), для подключения сенсоров их можно разрезать пополам и подпаять.
Помимо индикации на экранчике, мои измерители передают данные в порт, поэтому их можно подключить к компьютеру, зайти в режим платформы Arduino «Монитор порта» (скорость 9600), наблюдать значения CO2 и использовать измеритель, как даталоггер (нужно просто скопировать данные из окошка монитора порта в Excel).
Кстати, экран можно не подключать и пользоваться только монитором порта.
Оба сенсора дают точные результаты (я сравнивал с хорошими измерителями уровня углекислого газа Даджет МТ8057s и AZ Instruments 7798 CO2 datalogger). Более дешёвый Telaire T6703 мне понравился даже больше — он выходит на правильные показания секунд за тридцать после включения и его результаты ближе к результатам дорогих приборов с двухлучевыми сенсорами.
Если вы захотите повторить одну из этих простых конструкций, я собрал всё, что нужно в одном архиве — там и скетчи для Arduino, и схемы подключения и необходимая библиотека.
Я планирую добавить к моим измерителям поддержку дешёвого цветного TFT-экрана и трёх или четырёх реле для управления вентиляцией в зависимости от уровня углекислого газа в помещении. Как только сделаю это, напишу такую же инструкцию для повторения этих самоделок.
Управляем вентиляцией с помощью детектора углекислого газа MT8057
Многие пользователи популярного детектора углекислого газа (CO2) MT8057S задают нам вопросы о том, как реализовать с помощью данного детектора управление приточной или вытяжной вентиляцией. Просмотрев наш ассортимент, мы нашли устройство, с помощью которого и хотим предложить решение данной задачи.
Внешний вид детектора можно увидеть на рис. 1.
В качестве силового элемента управления вентилятором был выбран модуль MP515. Внешний вид модуля можно увидеть на рис. 2
MT8057 представляет собой точный прибор, для измерения в составе воздуха концентрации CO2. Прибор оснащен жидкокристаллическим дисплеем, для точного контроля и тремя индикаторами, для оперативного контроля концентрации углекислого газа. В качестве приятного дополнения прибор показывает состояние температуры в месте его установки. При необходимости, с помощью кнопок управления можно изменить включение индикации оперативного контроля.
MP515 представляет собой силовое реле с электронным ключом. Модуль предназначен для управления силовыми электроприборами до 2000 Вт от слаботочных выходов различных датчиков и устройств управления, обеспечивая гальваническую развязку от электроприбора. Для управления модулем необходимо напряжение от 1В до 5В, которое можно получить от головного устройства. В модуле предусмотрено место для установки беспроводного приемника MK324 диапазона 433 МГц. Питать модуль можно как от источника напряжением +5В, например PW0512, так и от USB порта ПК или адаптера зарядки смартфона или телефона.
Для подключения силового реле нам потребуется разобрать MT8057. Для этого, необходимо с помощью маленькой отвертки отогнуть защелки в пазах корпуса датчика рис. 3.
Затем открутите три винта и отсоедините трубку забора воздуха рис. 4.
Теперь извлеките плату и расположите ее индикацией на себя. Затем необходимо будет припаять один из трех проводов к крайнему резистору RledR, ограничивающего ток красного светодиода с надписью LedR, рис. 5.
Второй провод подпаиваем к выводу кнопки ModeKey подключенной к общей шине платы. Третий вывод подпаиваем к среднему контакту элемента THRO, рис. 6.
На данный вывод приходит напряжение питания +5В. Это напряжение нам необходимо для питания силового модуля MP515. Собственно говоря, такое подключение нам позволит питать всю схему как с microUSB входа самого датчика, так и с miniUSB входа силового модуля. Это будет полезно при инсталляции данной схемы.
Схему подключения вентилятора к силовому реле можно увидеть на рис. 7
При необходимости ручного управления приточной вентиляцией, совместно с силовым модулем, можно применить комплект беспроводного управления MK324, рис. 8.
MK324 представляет собой комплект из четырех канального передатчика и приемника, диапазона 433 МГц. Питание пульта осуществляется от 12В элемента питания, серии 23А. Время работы от одного элемента не менее 1 года. Приемник рассчитан на напряжение питания 5В. Дальность работы комплекта составляет 30м. Этого вполне достаточно для применения в условиях частного дома или квартиры. Так как в беспроводном модуле будет задействован только один канала управления, то свободные можно задействовать для управления освещения или других электроприборов.
Данный комплект без особых усилий устанавливается на штатное место, предусмотренное в силовом реле MP515. После такой несложной модификации, появится возможность принудительно включать приточную вентиляцию при желтой индикации датчика СО2.
Вариант установки вентилятора, приточной вентиляции, можно увидеть на рис. 9.
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.
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.
Доработка проветривателя или управление вентиляцией от датчика углекислого газа
Уровень углекислого газа (CO2) один из важных показателей качества воздуха в помещении. Еще его уровень очень удобно использовать для управления вентиляцией.
В статье расскажу о доработке проветривателя и дистанционном управлении вентиляторами посредством микроконтроллеров и датчика CO2.
Также, при желании, после небольшой доработки эту же схему можно применить и для управление приточной-вытяжной системой.
Среднестатистическая квартира обычно рассчитана на естественную вентиляцию. Это когда воздух поступает через щели в окнах и выходит через вытяжное отверстие где-то в районе кухни, туалете и т.п.
В квартире с установленными пластиковыми окна щелей, как правило, не бывает и, чтобы вентиляция работала, приходится приоткрывать окна или форточки, что улучшает ситуацию с воздухом при нормально работающей вытяжке.
Но таким образом мы добавляем уличный шум.
- Приточной системы
- Проветривателей, подающие воздух с улицы через дырку в капитальной стене
Приведу здесь таблицу уровней углекислого газа и влияния его на здоровье, чтобы знать к чему стремиться:
Таким образом, будем считать уровень CO2 равный 450-1000 ppm оптимальным для помещения.
Про своему опыту скажу, что при закрытых окнах и дверях, включенном на минимуме проветривателе и при нахождении в комнате двух человек, к утру получается где-то 1200-1500 ppm, что многовато.
Алгоритм работы
- Берется средний уровень CO2, полученный с датчика, за некоторое время.
- Есть 6 пороговых значений и в зависимости от этого выбирается скорость вентиляторов, которая передается по радиоканалу на микроконтроллеры, управляющие вентиляторами.
- При понижении уровня CO2 есть некоторый порог, только после которого происходит уменьшение скорости.
- Ночью максимальная скорость вентиляторов ограничена, чтобы уменьшить шум.
- По командам с пульта можно увеличивать или уменьшать общую производительность вентиляции и конкретно каждого вентилятора.
В качестве датчика углекислого газа использован не дорогой бытовой CO2 монитор MIC 98130.
Подача воздуха идет через проветриватель Aeropac 90A.
Вытяжка усилена канальным вентилятором SystemАir IF 150.
Для управления используются микроконтроллеры Atmel AVR ATtiny44A.
Данные передаются от контроллера, подключенного к монитору CO2, на контроллеры, управляющими вентиляторами, с помощью модулей на трансивере NRF24L01+.
Установка режима работы и настройка возможны с помощью любого ИК пульта, либо магнита или кнопки.
Доработка монитора CO2
Монитор СO2, заказанный на ebay, как оказалось, имеет внутри инфракрасный газовый анализатор SenseAir K22 с достаточно хорошей точностью.
А самое главное — имеет специальный выход с уровнем CO2 (на картинке белый разъем с четырьмя контактами).
На этом разъеме слева-направо:
- питание +9В
- общий
- выход уровня CO2 в ШИМ от 350 до 2000 ppm
По радио-модулям есть одно замечание — дальность передачи не достаточно велика.
Тем более если есть стены, двери между передатчиком и приемником. Так что лучше выбирать модули с внешней антенной или стараться чтобы между передатчиком и приемником было как можно меньше препятствий.
Существует совместимый с nRF24L01+ китайский чип с повышенной мощностью передачи — SI24R01.
Модули с ним обычно стоят дешевле, так что лучше брать с ним.
Я, правда, не нашел вменяемые мини модули с этим чипом и в проекте еще используются модули и с родным nRF24L01+ чипом.
Для включения повышенной мощности передачи у SI24R01 используется бит 0 регистра RF_SETUP.
На резисторах R1, R2 собран делитель для уменьшения напряжения, получаемого с датчика.
Величина CO2 получается при вычислении времени между сменой уровня на ноге контроллера. Время берется из счетчика 16 битного таймера.
Чтобы меньше проводить вычислений микроконтроллер работает на частоте 8.192МГц, а делитель таймера установлен в 1024.
Таким образом счетчик таймера TCNT1 увеличивается каждые 0.125мс.
Получается для того, чтобы вычислить уровень CO2 — нужно счетчик таймера разделить на 4 и вычесть 4.
ШИМ сигнал на выходе датчика:
Схема:
Фоторезистор LDR1 используется для определения порога темноты, кнопка — для первоначального запоминания команд ИК пульта. Светодиод информирует об ошибках передачи, а так же используется для настройки.
- вверх,
- вниз,
- выбор,
- установка корректировки скорости каждого вентилятора.
- с помощью таймера 0 получаем время от предыдущего фронта сигнала (прерывание PCINT1)
- если это первый импульс, то проверяем его длительность, чтобы сразу исключить ложное срабатывание
- если произошло изменение длительности в 1.5 раза по сравнению с предыдущем значением, то добавляем в битовый массив 1, иначе 0.
- вычислям хеш (2 байта) битового массива и используем его для идентификации команды
По работе с радио-модулями NRF24L01 написано много статей, по этому углубляться в эту тему не буду.
Скажу только, что настроены они на работу со скоростью 1Mbps, используется CRC и каждая передача должна быть подтверждена ACK пакетом.
Для общения контроллера и модуля используется хардварный USI интерфейс.
Вывод IRQ не используется, проверка подтверждения передачи пакета идет в цикле в функции NRF24_Transmit.
Передается на каждый вентилятор — уровень CO2, скорость вентилятора и признак ночи.
В текущем проекте контроллеры, управляющие вентиляторами, пока используют только скорость.
Доработка проветривателя
У меня установлены проветриватели Aeropac 90A фирмы SIEGENIA-AUBI — это достаточно древняя модель.
Работает уже не один год и, как показала практика, штука в общем-то полезная.
Воздух он гонит через 80 мм отверстие в стене и имеет угольный фильтр.
Шумоизоляция от звуков с улицы очень хорошая.
Внутри установлен центробежный вентилятор Ebmpapst R2E133-BH96-19.
С шумностью самого вентилятора после стольких лет работы не все гладко. На низких оборотах может проявляться низкочастотный гул, а на высоких — некоторое подвывание.
Причем это проявляется индивидуально. Один вентилятор больше гудит на низких оборотах, другой посвистывает на высоких.
Решил эту проблему ограничением скорости.
В проветривателе очень интересно реализована схема регулировки оборотов двигателя — с низких оборотов до средних плавно, а затем включается сразу максимальная скорость.
Если на минимальной и средней скорости он работает достаточно тихо, то при максимальной скорости находиться в помещении не комфортно.
В новой модели — Aeropac SN, не смотря на цифровую ступенчатую регулировку, принцип регулировки оборотов остался прежним — c 1 по 6 скорости обороты регулируются где-то до середины, а потом сразу максимум.
На схеме электронный блок проветривателя обведен пунктирной линией:
Доработка заключается в перерезании дорожки, ведущей от среднего вывода переменного резистора RV1 к резисторам R6 и R7. В разрыв подключается оптопары U2 и U3, которые будут управлять оборотами вентилятора.
Управляющий ШИМ сигнал на оптопары подает микроконтроллер через интегрирующую RC цепочку.
Светодиод в оптопаре начинает проводить ток только с определенного напряжения, поэтому в программе есть настройка минимального значения ШИМ сигнала.
Переменный резистор остается, и им, при желании, можно ограничить максимальную скорость.
Если производительности на средней скорости не хватает, то ее возможно увеличить заменой конденсатора C9 на конденсатор большей емкости. На плате предусмотрительно есть отверстия под два размера конденсаторов — с расстоянием 27.5мм и 22мм между выводами.
Места внутри проветривателя достаточно — влезет и не одна плата.
Единственная проблема может возникнуть с радио модулями. Корпус двойной и сделан из толстого пластика.
С радио-модулем на родном чипе nRF24L01+ не было связи с соседней комнатой.
Выкрутился так — припаял одножильный медный провод к встроенной антенне, вывел его наружу через дырку для светодиода и расположил конец под крутилкой переменного резистора. С согласованием антенны не заморачивался.
Связь появилась.
Для настройки вместо кнопки используется геркон (SW1), чтобы не портить внешний вид и не нарушать звукоизоляцию.
Магнита от жесткого диска вполне хватает.
Вытяжка
Поступающий воздух должен в итоге куда-то выходить. Естественная вытяжка даже если как-то и справляется зимой, то уж летом ее скорее всего будет не достаточно.
В моем случае я использовал канальный вентилятор SystemАir IF 150 с однофазным двигателем. Внешний диаметр у него 15 см.
Регулировка его оборотов ступенчатая и сделана на конденсаторах. Опто-симисторы шунтируют конденсаторы, изменяя таким образом напряжение, подаваемое на двигатель вентилятора.
При двух конденсаторах получается 4 скорости.
Схема:
Так как вытяжка установлена на кухне, решил заодно сделать дополнительное управление вентилятором от пульта.
Чтобы, если варится на плите что-то серьезное, нажатием одной кнопки включать вытяжку на максимум.
Скорость, полученная по радиоканалу при этом игнорируется.
Программа управления вентиляторами универсальная и, в зависимости от настроек в энергонезависимой памяти, может управлять вентиляторами как с помощью ШИМ, так и в дискретном режиме.
Подключен ли ИК приемник к контроллеру задается тоже в EEPROM.
В программу заложена возможность ретранслировать принятый пакет дальше — на другой вентилятор.
Таким образом, например, можно увеличить расстояние между датчиком CO2 и вентилятором вытяжки.
Автоматизация вентиляции с помощью детектора углекислого газа
Известно, что в процессе дыхания человек потребляет кислород (О2) и выдыхает углекислый газ (СО2). Естественно, что через какое-то время концентрация О2 в помещении снижается, а СО2 – повышается. Если в комнате или в офисе находится много людей, то очень скоро становится буквально нечем дышать.
Раньше из старых деревянных окон поддувало, и помимо очевидных минусов тем самым обеспечивалась естественная вентиляция помещения: приток кислорода и удаление углекислого газа. Бич современных квартир и офисов – это их герметичность: сейчас при закрытых пластиковых окнах нормальный воздухообмен в комнате не происходит. Кондиционеры и вентиляторы не решают эту проблему, так как подавляющее большинство этих приборов не обеспечивают приток свежего воздуха с улицы, а охлаждают и перемешивают воздух внутри помещения. Решением может быть только периодическое проветривание помещения.
Проблема усугубляется ещё и тем, что человек не всегда понимает, что качество воздуха критически низкое. Вы можете чувствовать усталость, вялость, головную боль, снижение работоспособности – но объяснять это чем угодно, но не плохим качеством воздуха.
К счастью, есть прибор, который подскажет Вам, что пора проветрить помещение – детектор углекислого газа MT8057s.
Первые версии MT8057 обеспечивали только визуальную индикацию качества воздуха – с помощью дисплея и трёх разноцветных светодиодов. На дисплее отображается точная концентрация СО2, а светодиод позволяет быстро оценить качество воздуха: зелёный – всё в порядке, жёлтый – концентрация СО2 повышена, красный – углекислого газа очень много. Очевидным недостатком являлось то, что легко было забыть посмотреть на прибор и не принять никаких мер при повышении уровня СО2.
С 2019 года выпускается новая версия прибора с индексом «s» в артикуле («sound» - звук) MT8057s. Эта модель дополнена звуковым модулем, который срабатывает в случае превышения заданного уровня СО2. Тем самым новый прибор стал гораздо удобнее в использовании. Однако и старая, и новая версии детекторов углекислого газа только сигнализируют о наличии проблемы и побуждают человека принять меры к её устранению (проветрить комнату). Многим же клиентам хотелось полной автоматизации процесса: чтобы прибор мог сам в случае необходимости включить вентилятор или иной механизм, обеспечивающий приток свежего воздуха.
Штатной возможности подключения внешних устройств в МТ8057s нет, да и вообще CO2-анализаторы с возможностью управления внешней нагрузкой относят к промышленным решениям с соответствующим негуманным ценником.
Но есть возможность реализации подобной функции с помощью несложной доработки МТ8057s – она под силу любому человеку, имеющему хотя бы минимальные навыки пайки и сборки простых схем. Прибор придётся открыть и подпаять к нему несколько проводов, но если сделать всё аккуратно, то гарантия на него сохранится.
Итак, приступим к доработки. Вначале пластиковой картой или металлической лопаткой необходимо поддеть заднюю крышку прибора и снять её. Не потеряйте при этом два пластиковых толкателя кнопок!
На фото3 показан детектор MT8057s со снятой задней крышкой.
Необходимые нам сигналы можно снять со звукового модуля.
В зависимости от уровня СО2 меняются напряжения на шине DATA:
- при нормальном уровне СО2 горит зелёный светодиод, на линиях DATA Y и R – 0В;
- при повышенном уровне СО2 горит жёлтый светодиод, на линии DATA Y – 3.2В, на DATA R – 0В;
- при высоком уровне СО2 горит красный светодиод, на линии DATA Y – 0В, на DATA R – 3.2В.
Теперь достаточно подключить к MT8057 внешнее реле, простейшая схема.
Сначала подберите реле необходимой мощности. Если реле будет с обмоткой 5В (например, Мастер Кит DK0116), то запитать схему можно непосредственно от MT8057s. Если же обмотка реле будет рассчитана на 12В (например, реле именитой фирмы Omron DK0114), то потребуется дополнительный адаптер питания 12В (например, Мастер Кит GS12E12). Транзистор в этой схеме может быть практически любой, структуры n-p-n. Убедитесь только, что его допустимый ток коллектора транзистора достаточен для срабатывания обмотки реле. Если ток обмотки реле не превышает 100 мА, подойдёт широко распространённый транзистор BC547 (DK0029 Мастер Кит). Диод VD1 защищает схему от токов самоиндукции, возникающих в моменты срабатывания реле. С этим справится, например, диод 1N5822 (DK0079 Мастер Кит).
Схема блока реле несложная, однако на её сборку требуется время. Для его экономии Вы можете приобрести MT8057s уже в комплекте с одним модулем реле (MT8057s + MP515) либо с четырёхканальным реле (MT8057s + MP701).
Схема подключения MT8057s к модулю реле MP515.
Вы можете использовать для управления внешней нагрузкой как сигнал DATA Y, так и сигнал DATA R (в настройках прибора можно установить пороги срабатывания жёлтого и красного светодиодов). Мощность подключаемой нагрузки не должна превышать 2 кВт. При необходимости можно дополнить схему беспроводным модулем MK324 для удобства принудительного включения/выключения нагрузки.
Схема подключения MT8057s к модулю реле MP701.
Модуль MP701 имеет четыре канала реле, что избыточно для данного применения. Вам может прийти в голову мысль соединить силовые контакты нескольких реле параллельно с целью увеличения мощности коммутации, но это плохая идея: хотя бы потому, что одно реле неизбежно будет срабатывать раньше другого (пусть даже на несколько долей секунды), что приведёт к подгоранию контактов в моменты переключения нагрузки. Поэтому мы будем использовать два из четырёх каналов управления – первый и четвёртый. При достижении уровня СО2 до первого порогового уровня (загорания жёлтого светодиода) будет включаться вентилятор №2, а при ещё более высокой концентрации углекислого газа (когда загорится красный светодиод) включится вентилятор №1.
Несколько советов по окончательной сборке системы. При использовании тонких проводов их можно пропустить через отверстия вентиляционной решётки MT8057s, тогда задняя крышка прибора закроется чётко на свои посадочные места. Для того, чтобы толкатели кнопок остались на своих местах, при сборке удобно положить заднюю крышку с установленными толкателями на стол и опустить прибор на заднюю крышку до щелчка. Блок реле разместите в корпусе подходящего размера, который также можно приобрести в Мастер Кит. Длина соединительных проводов от MT8057s до блока реле может достигать 10…20 метров.
Следует понимать, что вентиляторы должны обеспечивать приток свежего воздуха с улицы. Если они будут просто гонять воздух внутри комнаты, то уровень СО2 будет снижаться незначительно. Вместо приточных вентиляторов или совместно с ними можно включить актуатор – механизм, который будет открывать окно или фрамугу. Порекомендовать подходящую именно вам конкретную модель механизма сложно, но вам помогут соответствующие форумы в сети Интернет.
Измеритель-сигнализатор уровня CO2.
«В доме было все краденое, и даже воздух был какой-то спертый» (А. Кнышев, писатель-сатирик). В статье предлагается устройство, которое определяет концентрацию углекислого газа в помещении («спертость воздуха») и выдает световые и звуковые сигналы при превышении установленных порогов качества воздуха.
Рекомендуется руководителям подразделений к установке в производственных помещениях для объективного определения необходимости их проветривания в целях сбережения здоровья работников и повышения производительности труда.
Введение.
Качество воздуха в помещениях жилых и общественных зданий обеспечивается необходимым уровнем вентиляции, поддерживающим допустимые значения содержания углекислого газа в помещениях. В России действует межгосударственный стандарт ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», в котором указаны четыре класса помещений, в зависимости от объема углекислого газа, измеренного в см3в 1 м3 воздуха.
· 1 класс – Высокое качество воздуха – 400 см3 и менее. · 2 класс – Среднее качество воздуха – 400-600 см3. · 3 класс – Допустимое качество воздуха – 600-1000 см3. · 4 класс – Низкое качество воздуха – 1000 см3 и более.В международной практике принято измерять концентрацию углекислого газа в «ppm» (partspermillion – частей на миллион). Т.е. 1 ppm — это одна миллионная доля. Концентрация СО2 в 1 ppm означает, что в 1 м3 воздуха содержится 1 см3 углекислого газа. Например, на улице уровень СО2 составляет 350…400 ppm
Уровень концентрации СО2 в помещении служит основным показателем качества воздуха. Он выступает как индикатор, по которому можно судить не только о других загрязнителях, но и о том, насколько хорошо работает вентиляционная система в здании. Исследования ученых-экологов показывают, что если в воздухе присутствуют, кроме углекислого газа, летучие органические соединения и формальдегиды, то достаточно следить только за СО2. Если вентиляция справляется с ним, то остальные загрязнители также остаются на низком уровне. Более того, по СО2 можно судить и о количестве бактерий в воздухе. Чем больше углекислого газа, тем хуже справляется вентиляция и тем больше в воздухе разных бактерий и грибков. Особенно отчетливо это заметно зимой, когда интенсивность вентиляции падает, а количество респираторных инфекций растет.
Уровни концентрации СО2 и их влияние на человека изображены на рисунке (Рисунок 1).
Рисунок 1. Влияние концентрации СО2 на человека
На рисунке: ASRAE - American Society_of_Heating, Refrigeratingand Air-Conditioning Engineers (Американское Общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха).
OSHA - Occupational_Safetyand_Health_Administration (Федеральное агентство США, которое регулирует охрану труда). Как видно из рисунка данные российского и американского стандарта по микроклимату в помещении практически совпадают.
Предлагаемое устройство является измерителем-сигнализатором уровня углекислого газа в помещении. Оно проводит периодические измерения концентрации углекислого газа в помещении с выводом полученного значения на ЖК-дисплей. Устройство анализирует полученное значение концентрации углекислого газа, классифицирует ее степень по трем установленным классам состояния воздуха («свежий воздух», «норма», «душно») и сигнализирует о качестве воздуха светодиодными индикаторами. Каждому классу качества воздуха соответствует светодиод определенного цвета свечения: зеленый – свежий воздух, желтый – норма, красный – душно. При этом если устройство определило, что концентрация СО2 в помещении превысила значение «душно», то дополнительно к светодиоду красного цвета свечения включается прерывистый звуковой сигнал.
Пользователь может самостоятельно задать пороговые уровни концентрации СО2 исходя из строительных норм, санитарных норм или собственного предпочтения.
Кроме измерения уровня СО2, устройство также измеряет и отображает на ЖК-дисплее еще два важных климатических параметра: температуру и влажность воздуха в помещении.
Внешний вид устройства показан на рисунке (Рисунок 2).
Рисунок 2. Внешний вид станции
Видео с демонстрацией работы станции представлено ниже:
Электрическая схема.
Схема электрическая принципиальная представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема электрическая принципиальная
Устройство собрано на микроконтроллере ATmega8. Цепочка R1С3 обеспечивает начальный сброс (!Reset) микроконтроллера при включении. Предусмотрено внутрисхемное программирование МК через разъем XP1 «SPI программатор».
Фьюзы МК ATmega8: HIGH=0xD9, LOW=0xE4.
Основным измерительным прибором устройства является инфракрасный датчик CO2 MH-Z19B. Датчик подключен к МК по UART (линии RXD, TXD). Программа МK опрашивает датчик не чаще чем 1 раз в 10 секунд. В ответ на запрос концентрации СО2 (команда 0x86) датчик посылает последовательно 9 байт, которые записываются в буферный массив программы. 2-й и 3-й элементы массива содержат значение концентрации СО2, последний элемент массива содержит контрольную сумму. Согласно документации на датчик, требуется около трех минут, чтобы он вышел на рабочий режим. Первое время после включения он будет выдавать неточные значения.
Дополнительным измерительным прибором является датчик температуры и влажности DHT11, который также опрашивается не чаще чем 1 раз в 10 секунд (опрос происходит в едином цикле с опросом датчика CO2 MH-Z19B). МК взаимодействует с датчиком по последовательному одно-проводному двунаправленному интерфейсу. В ответ на запрос датчик возвращает 5 байт. Первые два байта содержат значение влажности, целая и десятичная части. Следующие два байта являются значением температуры по Цельсию, целая и десятичная части. Последний байт — это контрольная сумма, которая является суммой первых четырех байтов. Следует отметить, что на точность показаний датчика DHT11 по влажности - очень много нареканий в среде пользователей. Для приближения показаний датчика к приемлемым значениям в программу введена корректирующая поправка, которая задается пользователем во время эксплуатации устройства и сохраняется в EEPROM. Эту поправку следует вводить после сравнения показаний относительной влажности устройства с другим прибором, показаниям которого принято доверять. Линия интерфейса DATA датчика DHT11 «подтянута» к питанию VCC резистором R7.
Управление устройством осуществляется с помощью кнопок SA1 «Установка», SA2 «+» (увеличение значения параметра) и SA3 «-» (уменьшение значения параметра). При помощи этих кнопок устанавливаются нижний и верхний пороги концентрации СО2, включается или отключается громкоговоритель устройства, устанавливается корректирующая поправка на показание относительной влажности воздуха.
В качестве дисплея используется жидкокристаллический индикатор типа WH-1602A.Потенциометром R8 регулируется яркость подсветки индикатора. На дисплее отображаются текущие значения концентрации СО2, температуры и относительной влажности в помещении, а также настраиваемые параметры устройства в режиме «установка».
Светодиодные индикаторы VD2, VD3, VD4 - обеспечивают сигнальное отображение уровня СО2: ниже нижнего порога – зеленый («свежий воздух»), между нижнем и верхним порогами – желтый («норма»), выше верхнего порога – красный («душно»).
Звуковой сигнал с вывода 15 МК, через регулятор громкости резистор R6 - усиливается усилителем низкой частоты на транзисторах VT1 и VT2. Для воспроизведения звука используется громкоговоритель SP1 с сопротивлением звуковой катушки 8 Ом.
Питание устройства осуществляется от сетевого источника питания напряжением 5 Вольт. На схеме изображен разъем питания от USB. В авторском опытном изделии источник питания помещен в один корпус вместе с устройством.
Печатные платы.
Печатные платы разработаны в программе DipTrace. Они выполнены на одностороннем фольгированном стеклотекстолите. Расположение деталей на основной печатной плате показано на рисунке (Рисунок 4). На рисунке перемычки выделены цветными ломаными линиями. Печатная плата со стороны дорожек показана на рисунке (Рисунок 5).
Рисунок 4. Основная печатная плата. Вид со стороны деталей.
Рисунок 5. Основная печатная плата со стороны дорожек. Зеркальное изображение.
Плата кнопок управления и сигнальных индикаторов показана на рисунках (Рисунок 6 и Рисунок 7).
Рисунок 6. Плата управления. Вид сверху.
Рисунок 7. Плата управления. Вид снизу.
Монтаж.
Станция смонтирована в корпусе универсальной коробки для кабельных каналов «Промрукав» - IP42; 400V; полистирол ГОСТ Р 50827.1-2009 ТУ 3464-001-97341529-2012. Артикул 40-0460. На передней стороне корпуса прорезаны окна для дисплея, датчика CO2 MH-Z19B, датчика температуры и влажности DHT11, отверстия для кнопок и светодиодов.
Размещение радиодеталей на печатной плате и комплектующих изделий показано на рисунках (Рисунок 8 и Рисунок 9).
Читайте также: