Monitorización de CO2, temperatura y humedad con MQ-135 y DHT11

El siguiente post fue enviado por el lector Miguel Torres Gordo. Después de que Bernd Albrecht comenzara la serie de blogs sobre un tema similar con MQ-2 y DHT22 en ESP8266, aquí hay una alternativa para microcontroladores ATmega328 y sensores MQ-135 / DHT11. ¡Que se divierta leyendo y probando!

Como es muy importante conocer el nivel de saturación del ambiente, por ejemplo, en el lugar de trabajo, busqué en internet un sensor que se pueda utilizar con Arduino para medir el contenido de CO2. Afortunadamente, encontré un sensor que mide la calidad del aire. Se trata del MQ-135, que, como se puede ver en la ficha técnica, puede medir determinadas sustancias, tales como NH3, alcohol, benceno, humo, CO2, etc. Así es como me encontré con este sensor.

Sabiendo que existía la posibilidad de utilizarlo junto con nuestro microcontrolador ATmega328, lo primero que hice fue buscar los límites de seguridad de CO2 en partes por millón (ppm) para viviendas, habitaciones y edificios, que según diversos estudios pueden oscilar entre 400 y 800 ppm. Ahora que ya conocía el sensor adecuado y los límites de seguridad, era el momento de diseñar un proyecto útil que nos mostrara esta información y que además nos informara sobre la temperatura y la humedad.

Por tanto, el objetivo de este proyecto es medir la concentración de CO2 en partes por millón, para mostrar los datos en una pantalla y que nos avise con una señal acústica cuando alcance una concentración peligrosa, además de informarnos sobre la temperatura y la humedad. Para alargar la vida útil de la pantalla, pensé que sería una buena opción instalar tres LEDs de diferentes colores para darnos una información visual rápida sobre el nivel de concentración de CO2 sin tener que necesariamente ver los datos. Una vez instalado todo esto, podemos comenzar a trabajar.

Hardware necesario

El software necesario

• Arduino IDE
• MQ135 Calibration Sketch
• CO2 Monitoring Sketch
• Librería MQ135
• Librería DHT-11
• Librería Wire
• Adafruit_GFX y la librería Adafruit_SSD1306

Descripción del funcionamiento del circuito

El funcionamiento de este circuito es muy sencillo. El sensor MQ-135 mide la concentración de CO2 en partes por millón, y el sensor DHT-11 mide la temperatura y la humedad. Estos tres datos se envían a una pantalla OLED de dos tonos de 0,96 pulgadas para mostrar cada valor durante 3 segundos a intervalos de 1 minuto. La pantalla permanece apagada durante este tiempo. Estos valores de tiempo se pueden configurar. Mientras la pantalla permanece apagada, los tres LEDs nos informan visualmente de los valores de CO2 presentes. El LED verde se enciende cuando la concentración es igual o inferior a 550. El LED amarillo se enciende cuando la concentración está entre 551 y 799 partes por millón de CO2 y el LED rojo se enciende junto con un sonido de zumbido cuando la concentración supera las 799 partes por millón. Estos tres valores también se pueden configurar.

Preparación y ajuste de la referencia de resistencia RZERO para el contenido de CO2 atmosférico

En primer lugar, se debe preparar el sensor MQ-135 para que mida los valores correctos que utilizaremos en el siguiente paso. Para este propósito, el sensor debe funcionar a 5 voltios durante aproximadamente 2 horas cuando es nuevo para eliminar las impurezas producidas durante su fabricación. Después, lo mejor es hacer el ajuste de referencia de la resistencia RZEO en el circuito final, ya que se hace con las tensiones de alimentación y funcionamiento normalmente utilizadas y la medición es óptima.

El objetivo de esta calibración es ajustar la resistencia del nivel de CO2 atmosférico para que el sensor MQ-135 mida una concentración entre 300 y 450 ppm, que corresponde a la concentración normal de este gas en el ambiente. Es muy importante alimentar el sensor de forma independiente con 5 VDC, ya que consume 850 mW.

Cuando todo está conectado, iniciamos el Arduino IDE, cargamos y ejecutamos el sketch "MQ135_calibration.ino". Antes se debe instalar la librería MQ135. Abrimos el monitor serie y vemos la lectura de ppm; tenemos que cambiar el valor de RZERO en el archivo MQ135.h de la carpeta librería del Arduino IDE y guardar hasta que la lectura de ppm sea la que queremos dejar como referencia de trabajo del circuito. El valor a modificar es el valor de color verde.

 /// resistencia de calibración a nivel de CO2 atmosférico
 /// cambiar este valor hasta que el valor de PPM es 450.
 rzero #define 22500

Para realizar el ajuste, se debe cambiar el valor de RZERO, guardar los cambios en el archivo MQ135.h de la librería en su carpeta Arduino IDE y volver a cargar el sketch de calibración, comprobar el nuevo valor de concentración de CO2 en el monitor serie y repetir el procedimiento para ajustar RZERO con el valor que queremos dejar como referencia de la concentración de CO2 en el aire para los límites de aviso en el sketch de nuestro proyecto.

Sketch MQ135_Calibration para el ajuste de RZERO (descargar):

 # include "mq135.h"
 #define rzero 1
 ​
 MQ135 Gasser = MQ135(A0);
 En t Val; 
 En t sensorpin = A0; 
 En t SensorValue = 0;
 ​
 vacío configurar() { 
   De serie.Empezar(115200);
   pinMode(sensorpin, Aporte); 
 } 
  
 vacío círculo() { 
   Val = analogead(A0); 
   De serie.impresión ("RAW ="); 
   De serie.println (Val); 
   flotador cero = Gasser.basura(); 
   De serie.impresión ("Rzero:"); 
   De serie.println (cero); 
   flotador ppm = Gasser.GETPPM(); 
   De serie.impresión ("PPM"); 
   De serie.println (ppm); 
   demora(2000); 
 }

Cuando hemos leído correctamente la concentración de CO2 en partes por millón, es el momento de cargar el sketch CO2_monitor.ino, que nos proporciona la información sobre esta concentración, la humedad y la temperatura en el lugar donde queremos medir los valores.

Sketch CO2_monitor (descargar):

 / ************* BIBLIOTECAS necesario para el proyecto **************************** /
 # include 
 # include 
 # include 
 # include 
 # include "pitches.h"
 ​
 / ************* parámetros de la pantalla ********************************** *** ********* /
 #define screen_width 128
 #define screen_height 64
 Adafruit_ssd1306 monitor(Screen_width, Screen_height, &Cable, -1);
 ​
 / ****** humedad y la temperatura del sensor de DHT-11 parámetros y variables ***** /
 #define dhtpin 2
 #define DHTTYPE DHT11
 DHT DHT(DHTPIN, DHTTYPE);
 flotador t, H;
 ​
 / ****************** MQ-135 Sensor parámetros y variables *************** /
 #define rzero 1 
 # include "mq135.h" 
 MQ135 Gasser = MQ135(A0);
 En t Val; 
 En t sensorpin = A0; 
 En t SensorValue = 0;
 flotador ppm, cero;
 ​
 / ***************** LEDs ******************************* *********************
 #define led_verde 3
 #define led_amarillo 4
 #define led_rojo 5
 ​
 no firmado largo Tiempo_anterior;                    // contador de tiempo 
 ​
 / *********************** CONFIGURACIÓN DEL BLOQUE ************************ *************** /
 vacío configuración( )
 {
   De serie.empezar(115200);
   DHT.empezar();                                        // DHT-11 de inicialización
   
   si(!monitor.empezar(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {      // pantalla Comprobación presente
     De serie.println(F("SSD1306 asignación no se pudo"));
     por(;;);
   }
   demora(2000);
   monitor.clearDisplay();                           // pantalla de inicialización y
   monitor.SetTextColor(BLANCO);                    // color del texto config
   
   pinMode(sensorPin, APORTE);                        // MQ-135 datos del PIN
 ​
   pinMode(led_verde, PRODUCCIÓN);
   pinMode(led_amarillo, PRODUCCIÓN);
   pinMode(led_rojo, PRODUCCIÓN);
   digitalWrite(led_verde, BAJO);
   digitalWrite(led_amarillo, BAJO);
   digitalWrite(led_rojo, BAJO);
 ​
 }
 ​
 / *********************** BUCLE DE BLOQUE ************************ ************* /
 vacío círculo( ) {
 ​
   t = DHT.readTemperature();                        // Leer la temperatura
   h = DHT.readHumidity();                           // Leer Humedad
 ​
   si (isnan(h) || isnan(t)) {                       // Si no son la temperatura y
     De serie.println("Fallo de lectura del sensor de DHT !!!");  // lectura de humedad, el mensaje espectáculo para informar
   }
 ​
   val = analogRead(A0);                             // lectura de CO2
   cero = gasSensor.getRZero();                    // Valor de calibración del sensor MQ-135
   ppm = gasSensor.getPPM();                       // Fórmula en la biblioteca para obtener el ppm de CO2
  
   chequeo_led ();                                     // Go y correr a LEDs comprobar método
   
   De serie.impresión( "T =" );                           // Mostrar los valores por el puerto serie
   De serie.impresión(t);
   De serie.impresión("ºC, H =");
   De serie.impresión(h);
   De serie.impresión( "%, " );
   De serie.impresión ("= primas"); 
   De serie.impresión (val);
   De serie.impresión ("Rzero:"); 
   De serie.impresión (cero);
   De serie.impresión ("Ppm:"); 
   De serie.println (ppm);
   demora (1000);
 ​
   si ( Millis()-tiempo_anterior >= 60000) {         // Si el tiempo pasado es más o igual que 60 sg
         encendido_pantalla();                       // Ejecutar la vuelta en el método de pantalla.
         tiempo_anterior = Millis();             // Guardar el tiempo real.
   }
 }
 ​
 vacío chequeo_led() {
   si (ppm >= 800) {                               // Si la concentración de CO2 es igual o mayor que 800
     digitalWrite(led_rojo, ELEVADO);           // Activar el LED de color rojo
     tono(8, NOTE_C5, 5000);                 // sonido del zumbador
     monitor.clearDisplay();                 // establecer los parámetros de la pantalla para mostrar el valor de PPM
     monitor.SetTextSize(2);
     monitor.setCursor(7,0);
     monitor.impresión("CO2 (PPM):");
     monitor.SetTextSize(3);
     monitor.setCursor(40,35);
     monitor.impresión(ppm,0);
     monitor.monitor();
     demora(10000);
   } demás {
     digitalWrite(led_rojo, BAJO);
     monitor.clearDisplay();
     monitor.monitor(); }
   
   si (ppm >= 551 && ppm <= 799) {
     digitalWrite(led_amarillo, ELEVADO);       // El turno LED amarillo en si la concentración de CO2
   } demás {
     digitalWrite(led_amarillo, BAJO); }    // es de entre 551 y 799
   
   si (ppm <= 550)  {
     digitalWrite(led_verde, ELEVADO);              // El LED verde a su vez en cuando el CO2
   } demás { 
     digitalWrite(led_verde, BAJO); }       // concentración es más baja que 551
 }
 ​
 vacío encendido_pantalla() {                       // Activar el método de pantalla
   monitor.clearDisplay();                     // establecer los parámetros de la pantalla y mostrar el valor de PPM
   monitor.SetTextSize(2);
   monitor.setCursor(7,0);
   monitor.impresión("CO2 (PPM):");
   monitor.SetTextSize(3);
   monitor.setCursor(40,35);
   monitor.impresión(ppm,0);
   monitor.monitor();
   demora(3000);
    
   monitor.clearDisplay();                     // Establecer los parámetros de la pantalla y mostrar el valor de la humedad
   monitor.SetTextSize(2);
   monitor.setCursor(20,0);
   monitor.impresión("HUMEDAD:");
   monitor.SetTextSize(3);
   monitor.setCursor(20,35);
   monitor.impresión(h,1);
   monitor.setCursor(90,35);
   monitor.impresión("%");
   monitor.monitor();
   demora(3000);
   
   monitor.clearDisplay();                     // establecer los parámetros de la pantalla y mostrar el valor de la temperatura
   monitor.SetTextSize(2);
   monitor.setCursor(40,0);
   monitor.impresión("TEMPERATURA:");
   monitor.SetTextSize(3);
   monitor.setCursor(5,35);
   monitor.impresión(t,1);
   monitor.setCursor(85,35);
   monitor.cp437(cierto);
   monitor.escribir(167);
   monitor.setCursor(107,35);
   monitor.impresión("C");
   monitor.monitor();
   demora(3000);
   
   monitor.clearDisplay();
   monitor.monitor();
 }

Gracias a Miguel Torres Gordo por su contribución.