Монитор, качества воздуха в помещении
Замечательно жить на берегу горного озера, среди девственной, природы. Дышать только чистым, наполненным ароматом трав воздухом. Но мало у кого это получается. И в мегаполисе, дома и в офисе можно достигнуть максимально возможного качества воздуха.
Для этого в первую очередь надо видеть и понимать, что нас окружает? Каким воздухом мы дышем? Нам уже стали привычны термометры, барометры, приборы показывающие влажность. Но эти приборы ничего нам не говорят о качестве окружающего воздуха. А значит мы будем слушать советы, которые не всегда верны, руководствоваться слухами, не зная наверняка, правильно ли мы поступаем.
Один из таких мифов — что в городах отвратительный воздух, грязный и ядовитый. И вместо кислорода сплошные выхлопы от автомобилей. Мы воспринимаем это как данность, и не пытаемся исправить ситуацию, даже там, где способны это сделать, в собственном доме, или офисе. Даже те, у кого есть маленькие дети, или проблемы с аллергией, прикладывают свои усилия в слепую, не контролируя результатов.
Есть много полезных приборов позволяющих увеличить качество воздуха в нашем доме — увлажнители, ионизаторы, мойки воздуха, приточные вентиляции и фильтры.
Но этого недостаточно. Нужен прибор которым вы могли-бы непосредственно померять качество воздуха в вашем доме. Что бы Вам было понятно и очевидно чем Вы дышите. Как температура на градуснике.
Что может дать подобный прибор?
Многие думают что в мегаполисе воздух грязный именно на улице, где машины и заводы. А в помещении воздух чище. Но это совсем не так. Достаточно померять. Человек выдыхает в 100 раз больше СО2 чем вдыхает. И в герметично закрытом помещении, тем более, если присутствует несколько человек, воздух становится удушливым очень быстро. В доме много мебели и отделочных материалов, выделяющих токсичные вещества. В квартире быстро скапливается пыль, которая может нанести серьезный вред Вашему здоровью. Воздух в закрытом помещении в 4–8 раз грязнее чем на улице, и в 8–10 раз токсичнее. И Вы можете это померять и увидеть, если у вас есть соответствующие приборы. И понять как часто вам стоит проветривать помещение, в любую погоду.
Один из серьезных загрязнителей воздуха это пыль. Переносчик инфекций, любимая среда для клещей-сапрофитов и серьезный аллерген — пыль загрязняет воздух сильнее всего.
В доме, где есть аллергики, рекомендуют радикальные меры: гардины и портьеры поменять на жалюзи, убрать паласы, книги, декоративный текстиль и плюшевые игрушки. И даже мягкую мебель поменять на аналоги в кожаной обивке. Книги, сувениры, всякую мелочь — хранить под стеклом. И конечно важно знать что Ваши усилия не пропадают даром и количество пыли в доме минимально. А это тоже можно померять и увидеть.
Опасность таит и домашняя обстановка, мебель, лаки, краски, ДСП, МДФ, некоторые пластики могут выделять фенолы, формальдегиды и т.д. Совершено не важно, какой цены мебель из ДСП — все равно в воздух «полетят» вредные для организма соединения.
Но и с этой бедой можно эффективно бороться, в том числе проветриванием помещения. Просто надо видеть врага в лицо. Измерять и контролировать.
Собственно то, что я предлагаю — Прибор для контроля качества, основных параметров окружающего воздуха. который я сделал для себя. И делюсь с вами его конструкцией. Прибор доступен для самостоятельной сборки, любому кто мало-мальски умеет держать в руке паяльник.
В продолжении и развитии прошлой темы датчика СО2, я усовершенствовал прибор и предлагаю вашему вниманию новую версию, теперь уже комплексного мониторинга качества воздуха.
В прибор было добавлено еще 2 датчика. Датчик пыли PMS5003 и датчик формальдегида ZE08-CH20. Так же прибор обзавелся часами DS3231 и научился подавать звуки MP3-TF-16P. Были выкинуты датчик температуры и влажности. От них было мало толку. Из-за того, что начинка нагревается показания этих датчиков сильно отличались от реальности.
Основа прибора как и прежде контроллер ESP8266 dev kit 1 и датчик СО2 MH-Z19. Так же как в первой версии прибора датчик подключен по ШИМ. Для подключения остальных датчиков, экрана (все это висит на одних контактах) и модуля издающего звуки был использован аналоговый коммутатор 74HC4052. Контроллер последовательно подключается к датчику формальдегида и пыли. После этого переключается на экран и выводит информацию. Если наступает необходимость подать звуки, контроллер переключает коммутатор на звуковой модуль.
Датчики пыли, формальдегида и звуковой модуль общаются с контроллером посредством UART. В момент опроса датчиков, или воспроизведения звуков, UART контроллера переключается на альтернативные контакты и в этот момент невозможно общение по USB с компьютером.
В данной модели я использовал большой 2,8» экран, разрешением 240×320 точек. С интерфейсом ISP на базе контроллера ILI9341.
Никакого управления, кроме кнопки включения на приборе нет. Просто включаешь в розетку (в приборе встроен блок питания на 5v) и можно наблюдать за показаниями.
На экран выводится следующая информация: В верхнем левом углу часы с датой и месяцем. С право от часов выводится показания датчика формальдегида в µg/mᶟ. Следующий ряд, это показания датчика пыли. Тут 3 значения. Первое пыль диаметром меньше 1 мкм, дальше частицы меньще 2,5 мкм и справа частицы до 10 мкм. Значения выводятся в µg/mᶟ. Под показаниями датчика пыли выведена строчка мелких цифр. Это для особо любознательных, тут перечислены значения счетчика частиц пыли разных фракций. Данные даны — количество частиц на 1л воздуха.
Ниже график измерений содержания в воздухе углекислого газа СО2, приблизительно за последние полчаса.
В самом низу текущее значение концентрации СО2 в ppm. Справа светофорчик, сигнализирующий о опасности, или безопасности данной концентрации СО2. Зеленый сигнал говорит о том что концентрация меньше 900 ppm и хорошем качестве воздуха, желтый о душной обстановке и концентрации от 900 до 1500 ppm. Красный сигнал показывает что концентрация углекислого газа выше 1500ppm и это опасно для здоровья и плохо сказывается на самочувствии.
Когда уровень концентрации СО2 достигает 900ppm из прибора раздается чихание. Если уровень поднимается выше 1500ppm прибор «кашляет».
На лицевой стороне прибора имеется наклейка, на которой расписаны какие параметры прибора что обозначают и каковы нормальные, высоки и опасные концентрации газов и пыли.
Датчики: 
Датчик СО2 MH-Z19 — Недиспергирую- инфракрасный датчик (или датчик NDIR) представляет собой простой спектроскопического датчик используемый в качестве детектора углекислого газа. Предел измерений до 5000ppm нижний предел около 400ppm (естественный уровень СО2 в атмосфере). Паспортная точность 50ppm. Время отклика около 30 секунд. При подаче питания первую минуту полторы выдает максимальные, или минимальные показания, потом включается и выдает реальные данные. Информация с датчика получается по ШИМ. В момент считывания контроллер измеряет скважность сигнала на выхоже датчика и по формуле преобразует его в уровень СО2.
Датчик пыли PMS5003. NDIR датчик пыли измеряющий концентрацию пыли с разбиением отдельно на 3 фракции 1, 2.5 и 10 микрон. Так же имеет счетчик частиц пыли разделенный на 6 фракций. Точность заявлена 10%. Датчик используется в активном режиме. Это значит что он сам автоматически через установленные промежутки времени посылает информацию в UART. Когда необходимо получить информацию с датчика, контроллер подключается к нему по средствам коммутатора и ожидает очередной посылки данных.
Датчик формальдегида ZE08-CH2O Электрохимический датчик термостабилизированный. Этот датчик так же используется в активном режиме. Он самостоятельно, каждую секунду посылает данные в UART и когда контроллер переключает на него коммутатор, происходит считывание данных.
Для извлечения различных звуков и звуковой сигнализации о состоянии воздуха используется миниатюрный mp3 плеер управляемый по UART — MP3-TF-16P. Данная плата имеет на борту считыватель микро SD карты, на которую записываются звуковые файлы в mp3 формате. Также имеется усилитель мощности и может быть подключен динамик на 8ом. Выбор и воспроизведение файлов записанных на sd карточку управляется по UART с контроллера устройства. В программу встроена защита от оповещения в ночное время. После 22:00 и до 8:00 звуковой сигнал не подается.
Для вывода на экран времени и даты используется модуль часов DS3231, который работает по протоколу I2C. Заявленная точность 2 минуты в год.
Для переключения основного контроллера ESP8266 между датчиками, экраном и звуковым модулем используется аналоговый коммутатор 74HC4052. Это сдвоенный коммутатор на 4 линии. ESP8266 использует для UART выводы D9, D10, но мы не можем использовать эти выводы, так как они подключены к встроенному на плату контроллера адаптеру USB. К счастью есть возможность переключать выходы UART на альтернативные контакты D7, D8. Но эти же контакты использует шина ISP по которой контроллер подключен к дисплею. Для того, что бы разобраться с этим зоопарком и используется коммутатор. Он имеет 2 входа и по 4 выхода. В один момент каждый вход может быть подключен к одному из 4 выходов. К каждому выходу подключен датчик, или дисплей, или звуковой модуль. По управляющим пинам контроллер выбирает к какому устройству нужно подключиться в данный момент. При выводе на экран контроллер подключается к дисплею, при считывании данных к датчику, а при воспроизведении звуков к mp3 плееру.
Так же в приборе используется вентилятор, который продувает закрытый корпус воздухом, что бы датчики адекватно реагировали на изменения атмосферы вокруг прибора. Скоростью вентилятора управляет контроллер, так как если ее не снижать вентилятор слишком сильно гудит.
Общий цикл опроса датчиков и вывода на экран информации составляет 5 секунд.
Схема устройства: 
Монтажная плата: 
Файл прошивки
Файл скриптов:
Тут пошаговая инструкция как собирать прибор
Тут инструкция по прошивке
