Pomiar stężenia CO2 z użyciem Nettigo Air Monitor

Gdy powstawał NAM, od samego początku mieliśmy zamiar by miał możliwości większe niż “tylko” pomiar pyłów zawieszonych. W ostatnich tygodniach skończyliśmy przygotowania do wypuszczenia nowej wersji oprogramowania, więc czas zacząć opisywać funkcje wspierane w nowym oprogramowaniu.

Wciąż szukamy idealnego sensora do pomiaru CO2. W pierwszej chwili gdy przeczytaliśmy o CCS811 pomyśleliśmy że to może on, ale szybko karta katalogowa pozbawiła nas złudzeń. CO2 o którym tam mowa to wyliczony “ekwiwalent” CO2 a nie prawdzie wyniki pomiarów. Więc nie ten.

Do kolejnej rundy przeszedł Winsen MH-Z14A. Mówię o kolejnej rundzie, bo zdecydowaliśmy się zaimplementować jego obsługę, choć wiemy że nie jest to sensor idealny. Metoda NDIR pozwala na mierzenie rzeczywistego stężenia CO2, co jest niewątpliwą zaletą. Również cena jest na poziomie akceptowalnym. Kolejną cechą ułatwiającą zastosowanie go w urządzeniu takim jak NAM jest auto kalibracja sensora. Wadą jest dolny zakres pracy sensora. Skala od 400 ppm związana jest z tym, ze MH-Z14A przeznaczony jest do pomiarów stężenia wewnątrz pomieszczeń. Chcielibyśmy też, aby sensor miał dokładność nieco większą, bo ponad 50 ppm przy odczytach 400-600 ppm to spory błąd.

Krótko mówiąc, gdyby MH-Z14A miał niższy dolny zakres pomiarowy i lepszą dokładność pomiarów, to byłby chyba sensorem idealnym.

MH-Z14A oferuje odczyt wartości przez trzy interfejsy – UART, impuls PWM, oraz wyjście analogowe (napięcie). Ponieważ pomiar napięcia na ESP8266 to nie jest precyzyjna metoda, więc od razu ja skreśliliśmy. Z pozostałych dwóch wygodniej nam było użyć interfejsu UART. Zdecydowaliśmy się użyć wspólnego portu szeregowego dla GPS oraz MH-Z-4A, co znaczy – albo GPS albo czujnik CO2.

Podłączenie i montaż MH-Z14A

Jeśli nie znajdziemy lepszego sensora niż MH-Z14A, pomyślimy o dedykowanej płytce z mikrokontrolerem, tak by sensor dane udostępniał przez I2C, ale do tego czasu – instrukcja podłączenia przez UART.

Trzeba wlutować goldpiny, lepsze naszym zdaniem będą kątowe, do pinów 13,14,15 i 2:

Sensor z przylutowanymi goldpinami
Warto przylutować je nieco uniesione, wygodniej będzie w razie czego operować przewodami przy podłączeniu. Ale i tak będzie ciasno.

Jak zamocować?

Płytka sensora Winsen MH-Z14A ma otwory montażowe. Ale mają one średnicę 2.5 mm, więc nie da się bezpośrednio przykręcić. No, tzn da się, ale trzeba użyć wiertła i wiertarki. Rozwierciłem jeden otwór, w prawym górnym rogu. Po tej operacji bez problemu dało się przykręcić sensor do dystansu służącego normalnie do mocowania LED BARu lub LCD. Jako, że to instalacja trochę prototypowa, wystarczy mocowanie na jedną śrubę. Ale nie przykręcaj jeszcze, najpierw kable trzeb podłączyć do złącza EXT, które jest pod sensorem.

Finalny wygląd zamocowanego sensora. Zwróć uwagę na kolorystykę kabli, zaraz zobaczymy podłączenie do gniazda EXT

Mając rozwiercony jeden otwór możemy przystąpić do podłączenia. Potrzebujemy zwykłych przewodów FF, ze względu na ciasnotę lepiej użyć krótszych, 10-cio centymetrowych. Pozostaje podłączyć kable do złącza EXT. Ma ono wyprowadzone wszystkie złącza Wemosa, GPS ma przypisane piny D5 i D6, na zdjęciu to niebieski i zielony. Zasilanie (5V!) to żółty i pomarańczowy (GND).

Podłączone? Skręcone? To włączyć NAMa, wejść na stronę konfiguracji i włączyć obsługę Winsena (oczywiście tylko firmware NAMF-2020, jeśli masz wciąż NAMF-2019 poczytaj o upgrade).

UWAGA! Jak pisałem wcześniej sensor się autokalibruje. Nowy sensor potrzebuje co najmniej 24h ciągłej pracy by zacząć wskazywać rzeczywiste wartości. Nie przejmuj się, że na zaraz po uruchomieniu dostaniesz odczyty nawet po 1000 – 2000 ppm. Poczekaj 24h, odczyty się unormują. Po pierwszych 24h pracy sensor zapisze dane kalibracyjne, więc po restarcie nie będzie już trzeba czekać 24h na kalibrację.

Sensor a słońce…

Sensor działa badając odpowiedź na światło podczerwone. Dlatego promienie słońca padające bezpośrednio na sensor zaburzą wyniki. Sensor NAM posiada przezroczystą pokrywę, ze względów edukacyjnych. Jeśli jest wystawiony na słońce, niezbędne jest użycie naklejki zabezpieczającej. Pierwsza jej wersja jest już dołączana do sensorów (wszystkie sprzedane od połowy sierpnia 2020).

Oklejony sensor NAM

Dobra, a jak wygląda rezultat? Możesz oczywiście zajrzeć na stronę z wynikami:

Ale to może być mało użyteczne. Jeśli korzystasz z Influxa i Grafany to masz bez problemu wykresy takie jak ten, pokazujący odczyt za ostatnie 24h w momencie pisania tego artykułu:

Sensor jest od strony wschodniej, w przydomowym ogródku. Kształt krzywej sugeruje, że rano zaczyna działać fotosynteza i rośliny obniżają koncentrację CO2. Po zachodzie słońca następuje odwrotny proces.

Jeśli nie masz Influxa i Grafany, to nie jesteś na straconej pozycji. AQI.eco, serwis o którym tutaj wielokrotnie pisałem od pewnego już czasu akceptuje dane z sensora CO2:

Na żywo możesz obejrzeć dane z tego sensora tutaj: https://nettigo.aqi.eco/pl/ogrod2/graphs