Датчики углекислого газа CO2 для дома: правила установки своими руками
Комфортная обстановка в помещении определяется основными показателями среды: температурой, уровнем влажности, содержанием углекислого газа (СО2). Простой комнатный термометр может регистрировать первые два показателя. Для определения уровня углекислого газа нужен более сложный измеритель, датчик углекислого газа.
Что такое детектор углекислого газа
Датчик СО2 — прибор, измеряющий концентрацию углекислого газа в помещении. По сути, прибор представляет собой спектрометр, сенсор. Принцип действия основан на способности инфракрасного излучения, световой волны изменяться под воздействием концентрации газа. В датчике концентрации СО2 используется ИК светодиод. Функционирует в диапазоне длины волны инфракрасного излучения, которая не воспринимается человеческим зрением.
Бытовой анализатор углекислого газа — инфракрасный стационарный небольшой прибор с сенсорной панелью. Отображает показатель концентрация СО2 в помещении. Световые индикаторы показывают допустимые нормы (зелёный, жёлтый, красный). Встроенный звуковой сигнал предупреждает о превышении содержания СО2 в комнате.
Работают анализаторы в автономном режиме от батареек (6V). Подключаются через разъём USB (5V), к компьютеру через Wi-Fi.
Комбинированные устройства показывают температуру, уровень влажности и уровень СО2.
Знаете ли вы. Борьба с выбросами СО2— общемировая проблема. Промышленные выбросы, выхлопные газы автомобилей, сокращение площадей лесов, зелёных насаждений создают неблагоприятную для человека атмосферу. Особенно остро сто стоит эта проблема в густонаселённых мегаполисах.
Герметично закрывающиеся пластиковые окна заменили деревянные рамы. Используются полимерные, «не дышащие» строительные материалы. Всё это снижает приток свежего воздуха в помещения. Если дополнительно нарушено функционирование приточно-вытяжной вентиляции, то уровень концентрации углекислого газа повышается. Влияет на показатели и количество пребывающих человек в помещении, так как мы, вдыхая кислород из воздуха, выделяем углекислый газ.
Датчики концентрации углекислого газа в таких условиях стали, скорее, необходимостью. Определяют содержания СО2 в помещениях, сигнализируют о превышении нормативных показателей.
Измеряется уровень содержания СО2 в ррm (частей на миллион). Нормальный уровень в атмосфере, на свежем воздухе в 400 ррm; допустимый в комнате от 400 до 800 ррm. В диапазоне от 800 до 1 200 ррm люди испытывают усталость, не могут сконцентрироваться, рассеивается внимание, клонит в сон. При превышении этих норм возникает головокружение, полная потеря работоспособности.
Если люди находятся длительное время в непроветриваемом помещении, наблюдают негативные изменения всех систем организма. Затрудняется дыхание, усиливается нервное возбуждение. Человек не может сконцентрироваться, запомнить материал. Происходят сбои в работе кровеносной системы. Ранее считали, что основная причина — нехватка кислорода. Опытным путём доказано, недомогания появляются при превышении уровня концентрации СО2.
Для чего нужны измерители:
- оценивают качество воздуха, степень его загрязнения;
- встроенные системы для автоматического включения системы вентиляции, кондиционирования.
Обратите внимание. Комбинированные измерители могут определять уровень озона, влажности, показывать температуру. Прибор, подключённый к системе вентиляции, регулирует её в автоматическом режиме. Подобные элементы «умного дома», благодаря встроенным измерителям, экономят электроэнергию. Включаются в тот момент, когда показатели снижаются ниже нормы. Система отключается, когда стабилизируются параметры.
Технология измерения углекислого газа
В зависимости от назначения измерители СО2 бывают канальные, интегрированные в вентиляционные системы. Бытовые настольные, настенные измеряют показатели содержания углекислого газа в помещении.
Работа не дисперсионные газоанализаторов базируется на прохождение СО2 через спектр инфракрасного излучения (диапазок1-15мкм). В специальной камере фиксируется количество света, поглощённого СО2. Регистрируется измерителем, показатель выводится на сенсорный дисплей.
Назначение измерителя определяют тип прибора.
По назначению разделяются:
- на компактные бытовые, для дома, офиса;
- для коммерческих, общественных зданий;
- промышленные образцы.
Измерительные устройства для бытового пользования оснащены цифровыми дисплеями. Они, как правило, имеют самокалибрующиеся настройками. Основа схемы датчика — микропроцессорная плата.
Измерительные приборы на производствах оснащают инфракрасными сенсорами. В условиях повышенной опасности используют датчики, защищённые взрывоопасным корпусом.
Приборы через аналоговый, цифровой выход подключаются к компьютеру, другим гаджетам. Считывать показатели, отображать данные в графическом виде. Управляться через релейные выходы. Оснащаться дополнительными входами для считывания данных с внешних датчиков.
Конструкция измерителя зависит от назначения, системы, в которую интегрируется.
Основные конструктивные элементы бытового прибора:
- плата микроконтрллера;
- инфракрасный измеритель;
- датчики температуры, влажности;
- реле;
- преобразователь (энкодер);
- преобразователь системы питания (с 220в на 5 В).
Измерители оснащены аналоговыми входами, кнопкой сброса настроек, разъёмами для USB кабеля.
Большинство бытовых приборов — комбинированного типа. Показывают температуру, влажность, уровень СО2, возможно, содержание озона в воздухе. Приборы регистрируют основные показатели для того, чтобы можно было откорректировать их.
Совет. При превышении уровня углекислого газа нужно открыть на время окно, включить вентиляцию, кондиционер. После того, как показатели нормализуются, бытовые приборы отключают, закрывают окно.
Встроенные измерители предназначены для интегрированных систем вентиляции, кондиционирования. Показания служат сигналом для автоматического включения оборудования.
Сколько СО2 в воздухе: график
Рекомендации по установке
Концентрация СО2 напрямую зависит от квадратуры комнаты, количества людей в ней, места из сосредоточения.
Газ — летучее вещество, распределяется относительно равномерно по помещению. Уровень концентрации может быть ниже, там, где возможно есть щели, создающие небольшой приток воздуха: окна, двери, вентиляционные отверстия. Установка измерительных приборов в этих местах даст несколько искаженную картину.
Устанавливают датчики в тех комнатах, где большую часть времени находятся люди. Нет смысла монтировать их в проходных помещениях, тамбурах, коридорах. В этих комнатах возможна повышенная концентрация влажности, перепады температуры. Подобные условия негативно сказываются на стабильности работы измерительных приборов. Рекомендуют располагать их в метре от углов, дверных, оконных проёмов, вентиляционных люков. Оптимальная высоты установки от 1 до 2 м. Температурный режим от +10⁰ С до +40⁰ С.
Современные бытовые датчики для дома — высокоточные приборы. Позволяют контролировать параметры состояния воздуха в комнатах. Производители стремятся сделать измерители универсальными, показывающими максимальное число параметров состояния среды: содержание СО2, температуру, влажность. Одновременно являются календарём и часами, указывают дату, время. Большая часть приборов оснащена блоком оперативной памяти. При подсоединении к компьютеру, установки специальной программы, можно отслеживать динамику изменений содержания углекислого газа в разный период времени.
- небольшие габариты, вес;
- высокий уровень точности показаний;
- многофункциональность;
- надёжность;
- долговечность, срок службы до 10 лет;
- мобильность, переносится в другие комнаты;
- простота настроек, управления;
- красивый дизайн;
- широкий диапазон измерений (в среднем для бытового датчика от 0 до 5 000 ррm).
По сути, датчики СО2 — современный высокотехнологичный гаджет.
Есть у приборов недостатки, ограничения. Достаточно высокая стоимость, в среднем стоимость отечественных датчиков бытового назначения стартует от 100 долларов. Соответственно импортные аналоги дороже, исключая китайских производителей.
Обратите внимание. Измерители чувствительно реагируют на повышенную влажность, загрязнённость воздуха мелко дисперсионными частицами, пылью.
Прежде чем устанавливать прибор, проверяют комплектацию прибора, согласно приложенной инструкции. В стандартный комплект входит:
- измерительный прибор;
- кабеля USB для подсоединения к компьютеру, ноотбуку;
- блок питания (адаптер) с USB контактом;
- инструкция по применению.
Перед включением внимательно изучают способы настройки, калибровки.
Источник статьи: http://datchikidoma.ru/avtomatika-inzhenernyh-sistem/datchiki-uglekislogo-gaza-co2
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.
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).
Рисунок 8. Размещение деталей на плате и комплектующие изделия
Рисунок 9. Дисплей, датчики, пульт управления на плате.
Архив к статье содержит:
1.Папку CO2meter – файлы проекта на Си в среде AtmelStudio 7.
2.CO2meter.dch – схема электрическая принципиальная в формате DipTrace и в формате рисунка jpg.
3.CO2meter.dip – печатная плата устройства в формате DipTrace.
4.CO2meter_button.dip – печатная плата Пульта управления в формате DipTrace.
5.CO2meter.hex – загрузочный файл для МК.
P.S. Ещё была мысль — приделать к устройству привод для автоматического открытия-закрытия фрамуги. Пока не реализовал, но если появится такая необходимость, о чём пишите в комментариях, то всегда можно усовершенствовать устройство.
Удачи Вам в творчестве и всего наилучшего!
Скачать архив.
Источник статьи: http://vprl.ru/publ/cifrovaja_tekhnika/mikrokontrollery/izmeritel_signalizator_urovnja_co2/15-1-0-139
