Como construir seu próprio medidor de qualidade do ar com Raspberry Pi e sensor de CO2

Um indicador confiável da qualidade do ar em escritórios, salas de aula ou salas de estar é o teor de CO2.

No ar fresco, a concentração de dióxido de carbono é de cerca de 400 ppm. Isto significa “partes por milhão”, neste caso 400 moléculas de CO2 por milhão de moléculas de ar. Embora seja apenas 0,04 por cento, tem um efeito notável.

No interior, a concentração aumenta rapidamente devido à respiração humana (ou seja, respiração). Surpreendentemente, durante a exibição de um filme numa sala de cinema, níveis de CO2 de vários milhares de ppm podem ser rapidamente alcançados. Se os níveis de CO2 forem suficientemente elevados, isso pode causar falta de concentração, cansaço e dores de cabeça.

Uma estação de medição de CO2 pode dizer quando é o momento certo para abrir as janelas – é necessário ar fresco se os níveis de CO2 atingirem 1.500 ppm ou mais.

O que você precisa

Em primeiro lugar, você precisa de um Raspberry Pi com um sistema operacional Raspberry Pi razoavelmente atualizado. Não importa qual modelo de Raspberry você usa.

Você também precisa de um sensor de CO2. O sensor MH-Z19C do fabricante chinês Winsen Electronics Technology é usado neste artigo. O modelo MH-Z19B funciona da mesma forma.

Na hora de comprar deve-se escolher um modelo com pinos, caso contrário você mesmo terá que soldá-lo. Pinos ou cabeçalhos são pequenos pinos que você usa para conectar o sensor ao Raspberry Pi. A versão com cabeçalhos está disponível na Amazon, portanto, escolha essa versão ao comprá-la.

Finalmente, você também precisará de fios de jumper. Você precisará da variante fêmea/fêmea para o sensor.

No geral, o investimento é inferior a US$ 40, enquanto os dispositivos profissionais de medição de CO2 custam muitas vezes mais se você comprar modelos prontos.

Importante: Para ler o sensor, o Raspberry Pi se comunica através da interface serial, que está desativada por padrão. Para mudar isso, use a ferramenta

raspi-config

e selecione “Porta serial” em “Opções de interface”.

Como funciona o sensor

O MH-Z19C (ou B) é um sensor infravermelho não dispersivo (NDIR). Estes são baseados na absorção dependente da concentração de radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda infravermelho. O dióxido de carbono absorve a radiação infravermelha de uma forma específica e mensurável.

A fonte de luz transmite radiação infravermelha através do ar para ser medida pelo sensor real. Um filtro é anexado à frente que permite a passagem do comprimento de onda de absorção do gás alvo.

Se a concentração aumentar, a absorção aumenta de acordo com a lei de Lambert-Beer e o sinal diminui de acordo. O sensor determina a intensidade da luz resultante e a converte em ppm.

Configurando o circuito

Para configurar o circuito, primeiro desligue o Raspberry Pi e desconecte-o da fonte de alimentação. Em seguida, conecte a placa de circuito ao sensor. Você precisará de quatro fios jumper fêmea/fêmea, ou seja, com soquetes em ambas as extremidades.

Você pode ver a função de cada conexão na parte inferior do sensor. Conecte o pino 6 do sensor (rotulado “VCC” ou “Vin”) ao pino 4 do Raspberry Pi. Esta é a fonte de alimentação com cinco volts. O pino 4 é o segundo a partir do topo, no lado direito da faixa GPIO.

Agora conecte o pino “GND” (7) do sensor ao pino 6 da placa Raspberry. Este é o fio terra. Ele está localizado diretamente abaixo do pino 4.

Na metade, continue do outro lado do sensor, que possui cinco conexões: O pino “Rx” (2) do sensor deve ser conectado ao pino 8 do minicomputador, diretamente abaixo do pino 6.

Por fim, conecte o pino “Tx” (3) do sensor ao pino 10 do Raspberry Pi, logo abaixo do pino 8. A ilustração acima mostra novamente a configuração completa. Por fim, inicie o Raspberry Pi reconectando-o à fonte de alimentação.

Leia os valores medidos

O sensor de CO2 está pronto para uso. É necessário um script Python para ler o valor atual de CO2. Felizmente, um foi desenvolvido por um desenvolvedor japonês – apenas para informação, para explicar o endereço do Github. Você instala o script junto com outros componentes abrindo um terminal no Raspberry Pi e digitando o seguinte comando:

git clone 

Em seguida, mude para a pasta recém-criada “~/mh-z19” e execute o script de instalação:

./setup.sh

Para determinar o valor atual de CO2, use este comando no futuro:

sudo python -m mh_z19

Você receberá um resultado como “{“co2″: 3128}”. A unidade é o ppm atual de CO2.

Fundição

Valores medidos on-line

Ler sempre os valores medidos manualmente no Raspberry Pi é irritante e tedioso a longo prazo. Portanto, é melhor exibir os valores medidos online ao longo do tempo.

Utilize um serviço online gratuito para acessar o histórico dos valores medidos via PC ou smartphone. Acesse monitor3.uedasoft.com e digite um endereço de e-mail e senha para fazer login. Você receberá um “view_id”, do qual não precisa.

Clique no item do menu Elementos. Anote a segunda combinação de letras da lista, no exemplo “prgrvpqg”, e defina a opção correspondente como Ativo. Clique em Salvar para finalizar a configuração.

Agora abra um terminal no Raspberry Pi e volte para a pasta “mh-z19”. Aí você chama o comando

./setid.sh (abcdefgh)

substituindo a sequência de letras pela combinação de letras de oito dígitos que você acabou de anotar. Esta chamada é usada para verificar se tudo está funcionando corretamente:

sudo python -m pondslider

Se a palavra “true” aparecer na linha inferior da saída, então está tudo bem. Para receber regularmente valores medidos a partir de agora e inseri-los no aplicativo Monitor, digite o comando

./autostart.sh --on

No navegador, agora você pode ver como o diagrama na página Monitor aumenta um valor medido a cada cinco minutos. O número de valores medidos exibidos pode ser definido diretamente abaixo usando o botão “Configurações”.

Para cobrir dez horas, você precisa de 120 valores. Com o diagrama, você pode ver rapidamente se alguém arejou a sala enquanto você almoçava ou fazia compras.

O gráfico com os valores medidos também pode ser convenientemente acessado com um smartphone e baixado como arquivo CSV através do botão “Download” para analisá-lo no Excel. Após reiniciar o Raspberry Pi, o script de medição é reiniciado automaticamente.

O conceito pode ser expandido ainda mais. Com um LED vermelho, um resistor adequado de 330 Ohm e um script Python ligeiramente modificado, pode ser criado um circuito no qual o LED acende assim que o valor medido excede um valor limite de CO2 especificado.