Тестирование модуля инфракрасного датчика CO2 MH-Z19

Вступление

В этой статье мы проведем простую функциональную проверку датчика CO 2 MH-Z19 , подключив его к raspberry pi 3 UART, и запустим простую программу на Python для регистратора данных, которая выводит результаты на экран и сохраняет результаты в файле. 

Позже файл может быть импортирован в Matlab или Excel для дальнейшего анализа или просто построить график собранных данных. 

Если вы хотите использовать ПК или Raspberry Pi или Beaglebone или любой другой SOC для измерения CO 2 Уровни, датчик с последовательным интерфейсом является хорошим выбором. MH-Z19 оснащен последовательным интерфейсом UART, источником питания 5 В и уровнями 3,3 В IO.

Это позволяет легко подключить его непосредственно к Raspberry Pi или к ПК (если ПК, вам нужно использовать USB / последовательный преобразователь (уровни CMOS / TTL, а не уровни RS232)).

Он также имеет выход с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), где рабочий цикл изменяется с CO 2, концентрация, которого может быть отфильтрована нижними частотами, чтобы получить аналоговый сигнал, представляющий CO 2

Автоматическая калибровка

Автоматическая калибровка основана на том факте, что в обычных условиях уровень CO 2 возвращается к норме (400 ppm CO2) периодически, по крайней мере, каждые несколько дней. Начиная с этого момента, вы можете заставить свое измерительное программное обеспечение постоянно контролировать самый низкий наблюдаемый уровень CO2 в течение нескольких дней.

Это эффективный и надежный метод для типичной среды, где уровень CO2 возвращается к нормальному, когда в течение нескольких часов не производится CO2.

Зачем калибровать?

В недисперсионных инфракрасных (NDIR) датчиках диоксида углерода используются инфракрасный источник света и детектор для измерения количества молекул CO 2 в пробном газе между ними. В течение многих лет и источник света, и детектор изнашиваются, что приводит к немного более низкому содержанию CO 2 молекул.

Чтобы бороться с неточными показаниями датчика, во время калибровки датчик нужно скажем так, подвергнуть воздействию известного источника газа, в последствии чего снимаются несколько показаний, вычисляется среднее значение, а разница между новым показанием и исходным показанием, когда датчик был первоначально откалиброван на заводе, сохраняется в Память EPROM.

Это значение «смещения» затем автоматически добавляется или вычитается из любых последующих показаний, полученных датчиком во время использования.

Калибровка датчика co 2

Все датчики углекислого газа нуждаются в калибровке. В зависимости от применения это может быть выполнено путем калибровки датчика по известному газу или с использованием метода автоматической калибровки базовой линии (ABC). У обоих есть плюсы и минусы, которые вы должны знать.

Калибровка с использованием азота

Самый точный метод CO 2 калибровки датчика – подвергнуть его воздействию 100% азота, чтобы дублировать условия, при которых датчик был первоначально откалиброван на заводе. Калибровка азота также необходима, если будет измеряться уровень CO2 в диапазоне 0-400 промилле.

Проблема с калибровкой с использованием азота заключается в расходах. Герметичный корпус для калибровки, резервуар с чистым азотом и программное обеспечение для калибровки требуется для соответствия исходной среде заводских испытаний. В противном случае точность калибровки не может быть обеспечена.

Калибровка с использованием свежего воздуха

Если максимальная точность менее важна, чем стоимость, датчик CO 2 можно откалибровать на свежем воздухе. Вместо калибровки при 0 ppm CO2 (азот) датчик калибруется при 400 ppm CO 2 (наружный воздух на самом деле очень близок к 400 ppm), затем из вновь рассчитанного значения смещения вычитается 400 ppm.

Калибровка свежего воздуха лучше всего подходит для датчиков в производственных установках или теплицах, где он постоянно подвергается воздействию различных уровней CO 2 .

Комплектация

• 1х Датчик углекислого газа MH-Z19B;

О mh-z19 co 2 датчике

Датчик MH-Z19 изготовлен в Китае компанией Winsen Lt. Используемый метод измерения основан на принципе недисперсионного инфракрасного излучения (NDIR) для обнаружения присутствия CO 2 в воздухе. 

Основные характеристики по заявлению производителя:

• хорошая чувствительность;

• не зависит от кислорода;

• долгая жизнь;

• встроенная температурная компенсация;

• Последовательный интерфейс UART и выход широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Недисперсный инфракрасный датчик (или датчик NDIR) представляет собой относительно простой спектроскопический датчик, часто используемый в качестве детектора газа. Он является недисперсионным в смысле оптического рассеяния, поскольку инфракрасная энергия может проходить через атмосферную камеру для отбора проб без деформации.

Общие сведения

Датчик углекислого газа MH-Z19B —  датчик, который детектирует уровень СО2 по принципу недисперсионного инфракрасного излучения (NDIR). Данный датчик имеет внутреннюю температурную компенсацию, может подключаться по 3-м интерфейсам (аналоговый, ШИМ, UART), имеет малые размеры и большой срок службы.

Приблизительные нормы содержания уровня CO2 в помещениях:

Питание

Входное напряжение питания от 4.5В до 5В постоянного тока, подаётся на выводы VCC и GND модуля.

Подключение

Датчик подключается по шине UART.

• Vcc — 5В
• GND — Земля
• RX — подключается к любому порту, указанному в скетче (TX)
• TX — подключается к любому порту, указанному в скетче (RX)

Для делителя напряжения Вам понадобятся резисторы номиналом 470 Ом и 1 кОм. Соберите Вашу схему так, как показано на схеме:

Пример:

Диапазон задаётся в (6) и (7) байтах.

Для диапазона 2000ppm (2000 в 10-ной кодировке = 07D0 в 16-ной кодировке):

Отправка

Для диапазона 5000ppm (5000 в 10-ной кодировке = 1388 в 16-ной кодировке):

Отправка

Рассказ о том как маленький датчик углекислого газа(co2) mh-z19, расширил мое понимание об окружающем мире

Управляющие команды

Датчик имеет несколько режимов работы, которые зависят от управляющего байта:

• 0х86 — Прочитать данные с датчика — считывает значения с датчика, где в HIGH (3) и LOW (4) байтах указаны значения CO2;

Характеристики

• Рабочее напряжение: от 4.5В до 5В
• Потребление тока: <60мА (150мА в пиковой нагрузке)
• Диапазон измерений: 0~5000ppm
• Интерфейс: UART (3.3В) / ШИМ (3.3В, толерантен к 5В)
• Время прогрева датчика: 3мин
• Рабочая температура: от 0 до 50℃
• Влажность: от 0 до 95%
• Вес: 5г

Экономьте здоровье и энергию с co 2 датчиками

При дыхании люди и животные увеличивают концентрацию СО 2 в выдыхаемом воздухе. Это нормальный биологический процесс. Для атмосферы, на открытом воздухе это не проблема, так как растения потребляют CO 2. Но все-таки сжигание ископаемого топлива увеличивает внешние уровни CO 2, и растения не когут, они просто не успевают обрабатывать такие огромные количества, которые создают очень негативные последствия для нашей спасительной оболочки вокруг планеты, но это не то, о чем мы сегодня поговорим.

В закрытых жилых помещениях без достаточной вентиляции уровень CO 2 может значительно возрасти от начальных наружных уровней нормы а 400 промилле до внутренних уровней 2000-3000 промилле. Это высокая концентрация CO.

Особенно подверженны содержанию СО современные здания без хорошо спроектированной системы. Поэтому  плотность СО, превышающий 1000 частей на миллион, могут приводить к сонливости, плохой концентрации внимания, потере внимания или увеличению частоты сердечных сокращений.

Современная система вентиляции с регулированием кислорода и CO 2 может регулировать количество подачи свежего воздуха в здании в зависимости от количества людей и их активности. Люди являются основным источником CO2 в здании. Если их количество в комнате удвоится, уровень CO 2 соответственно удвоится.

Большие здания, такие как школы и офисы, имеют огромные вентиляционные системы, которые используют большое количество электроэнергии только для того, чтобы гарантировать, что внутренний воздух охлаждается или нагревается и заменяется в течение определенного промежутка времени, чтобы обеспечить хорошее качество внутреннего воздуха 24 / 7.

Много энергии можно сэкономить, управляя такой системой на основе стратегически размещенного CO 2.

Вывод значений датчика в монитор последовательного порта и на led-индикатор

#include <SoftwareSerial.h>                                                // подключаем библиотеку SoftwareSerial
#include <iarduino_4LED.h>                                                 // подключаем библиотеку iarduino_4LED
SoftwareSerial co2Serial(3, 2);                                           // объявляем объект для работы с функциями библиотеки SoftwareSerial, с указанием выводов ( RX, TX )
iarduino_4LED dispLED(4, 5);                                              // объявляем объект для работы с функциями библиотеки iarduino_4LED, с указанием выводов дисплея ( CLK , DIO )

byte getCheckSum(char *packet) {                                          // функция проверки контрольной суммы
  byte i;                                                                 // создаём переменную для счёта
  unsigned char checksum = 0;                                             // создаём переменную для значения контрольной суммы
  for (i = 1; i < 8; i  ) {                                               // считаем контрольную сумму по принятому в массив response значению
    checksum  = packet[i];                                                // суммируем все байты массива
  }
  checksum = 0xff - checksum;                                             // вычитаем сумму байтов из 255 (0xff)
  checksum  = 1;                                                          // прибаляем к сумме 1
  return checksum;                                                        // возвращаем значение контрольной суммы принятого значения с датчика
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);                                                     // инициируем подключение монитора последовательного порта на скорости 9600 бит/сек
  co2Serial.begin(9600);                                                  // инициируем подключение по последовательному порту на скорости 9600 бит/сек
  dispLED.begin();                                                        // инициируем LED дисплей
}

void loop() {
  byte cmd[9] = {0xFF, 0x01, 0x86, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x79};   // массив под запрос значений датчика
  byte response[9];                                                       // массив под полученный ответ от датчика
  Serial.println("Sending CO2 request...");                               // выводим текст в монитор порта "Запрос значений..."
  co2Serial.write(cmd, 9);                                                // отправляем команду датчику сформировать 9-байтовое значение
  memset(response, 0, 9);                                                 // обнуляем массив
  int i = 0;                                                              // создаём переменную для счёта секунд
  while (co2Serial.available() == 0) {                                    // пока данные не приняты
    //    Serial.print("Waiting for response ");                          // выводим в монитор порта текст "Ожидание получения ответа"
    //    Serial.print(i);                                                // выводим количество секунд
    //    Serial.println(" s");                                           // выводим текст "секунд"
    delay(1000);                                                          // ждём 1 секунду
    i  ;                                                                  // увеличиваем значение на 1
  }
  if (co2Serial.available() > 0) {                                        // если данные приняты, то
    co2Serial.readBytes(response, 9);                                     // считваем их в массив
  }
  for (int i = 0; i < 9; i  ) {                                           // считываем 9 байт, принятых от датчика
    Serial.print(String(response[i], HEX));                               // выводим их в монитор порта
    Serial.print("   ");                                                  // через пробел
  }
  Serial.println("");                                                     // переходим на новую строку
  byte check = getCheckSum(response);                                     // выполняем проверку контрольной суммы
  if (response[8] != check) {                                             // если значение отправленное и полученное контрольной суммы не совпадает, то
    Serial.println("Checksum not OK!");                                   // выводим сообщение в монитор порта об этом
    Serial.print("Received: ");                                           // выводим текст в монитор порта "Принято:"
    Serial.println(response[8]);                                          // выводим байт контрольной суммы, который был принят
    Serial.print("Should be: ");                                          // выводим текст "Должно быть" (было отправлено)
    Serial.println(check);                                                // выводим байт контрольной суммы, который был отправлен
  }
  int ppm_uart = 256 * (int)response[2]   response[3];                    // вычисляем значение CO2
  Serial.print("CO2 Level = ");                                           // выводим текст в монитор последовательного порта "Уровень СО2:"
  Serial.println(ppm_uart);                                               // выводим значение СО2 в монитор порта
  dispLED.print(ppm_uart);                                                // выводим значение СО2 на дисплей
  byte crc[9] = {};                                                       // обнуляем байт контрольной суммы
  delay(5000);                                                            // ждём 5 секунд
}