Hướng dẫn cách tự chế tạo máy đo chất lượng không khí bằng Raspberry Pi và cảm biến CO2.

Vào mùa đông, việc thông gió cho không gian sống và làm việc thường xuyên rất quan trọng. Dưới đây là cách tạo một trạm đo tự chế trên Raspberry Pi để biết khi nào cần thực hiện việc này.

Hàm lượng CO2 là một chỉ số đáng tin cậy để đánh giá chất lượng không khí trong văn phòng, lớp học hoặc phòng khách.

Trong không khí trong lành, nồng độ carbon dioxide vào khoảng 400 ppm. Đây là viết tắt của “phần triệu”, trong trường hợp này là 400 phân tử CO2 trên một triệu phân tử không khí. Mặc dù chỉ chiếm 0,04%, nhưng nó lại có tác động đáng kể.

Trong không gian kín, nồng độ CO2 tăng nhanh do quá trình hô hấp của con người. Điều đáng ngạc nhiên là, trong khi xem phim tại rạp chiếu phim, nồng độ CO2 có thể nhanh chóng đạt đến vài nghìn ppm. Nếu nồng độ CO2 đủ cao, điều này có thể dẫn đến mất tập trung, mệt mỏi và đau đầu.

Trạm đo CO2 có thể cho bạn biết khi nào là thời điểm thích hợp để mở cửa sổ — không khí trong lành là cần thiết nếu nồng độ CO2 đạt 1500 ppm trở lên.

Những thứ bạn cần

Trước tiên, bạn cần một chiếc Raspberry Pi với hệ điều hành Raspberry Pi OS được cập nhật tương đối mới . Loại Raspberry Pi nào cũng được.

Bạn cũng cần một cảm biến CO2. Trong bài viết này, chúng tôi sử dụng cảm biến MH-Z19C của nhà sản xuất Trung Quốc Winsen Electronics Technology. Mẫu MH-Z19B hoạt động tương tự.

Khi mua, bạn nên chọn loại có chân cắm, nếu không bạn sẽ phải tự hàn. Chân cắm hay đầu nối là những chân nhỏ dùng để kết nối cảm biến với Raspberry Pi. Phiên bản có đầu nối có bán trên Amazon, vì vậy hãy chắc chắn bạn chọn phiên bản đó khi mua.

Cuối cùng, bạn cũng cần dây nối. Bạn cần loại đầu nối cái/cái cho cảm biến.

Nhìn chung, chi phí đầu tư chưa đến 40 đô la, trong khi các thiết bị đo CO2 chuyên nghiệp có giá cao hơn nhiều lần nếu bạn mua các mẫu đã được sản xuất sẵn.

Quan trọng: Để đọc dữ liệu từ cảm biến, Raspberry Pi giao tiếp thông qua giao diện nối tiếp, giao diện này bị vô hiệu hóa theo mặc định. Để thay đổi điều này, hãy sử dụng công cụ

và chọn “Cổng nối tiếp” trong mục “Tùy chọn giao diện”.

Cách thức hoạt động của cảm biến

MH-Z19C (hoặc B) là cảm biến hồng ngoại không phân tán (NDIR). Chúng hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ điện từ phụ thuộc vào nồng độ trong dải bước sóng hồng ngoại. Carbon dioxide hấp thụ bức xạ hồng ngoại theo một cách cụ thể và có thể đo được.

Nguồn sáng truyền bức xạ hồng ngoại qua không khí để được đo bởi cảm biến. Một bộ lọc được gắn ở phía trước cho phép bước sóng hấp thụ của khí cần đo đi qua.

Nếu nồng độ tăng, độ hấp thụ sẽ tăng theo định luật Lambert-Beer và tín hiệu sẽ giảm tương ứng. Cảm biến sẽ xác định cường độ ánh sáng thu được và chuyển đổi nó thành ppm.

Hướng dẫn cách kết nối cảm biến với Raspberry Pi. Cảm biến nên được nhìn từ phía dưới.

Thiết lập mạch điện

Để thiết lập mạch, trước tiên hãy tắt Raspberry Pi và ngắt kết nối khỏi nguồn điện. Sau đó, kết nối bo mạch với cảm biến. Bạn sẽ cần bốn dây nối jumper loại cái/cái, tức là có ổ cắm ở cả hai đầu.

Bạn có thể thấy chức năng của từng kết nối ở mặt dưới của cảm biến. Kết nối chân số 6 của cảm biến (có nhãn “VCC” hoặc “Vin”) với chân số 4 trên Raspberry Pi. Đây là nguồn cấp điện 5 volt. Chân số 4 là chân thứ hai từ trên xuống ở phía bên phải của dải GPIO.

Bây giờ hãy kết nối chân “GND” (7) trên cảm biến với chân 6 trên bo mạch Raspberry. Đây là dây nối đất. Nó nằm ngay dưới chân 4.

Đến giữa chừng, tiếp tục ở phía bên kia của cảm biến, có năm kết nối: Chân “Rx” (2) trên cảm biến phải được kết nối với chân 8 trên máy tính mini, ngay bên dưới chân 6.

Cuối cùng, kết nối chân “Tx” (3) trên cảm biến với chân 10 trên Raspberry Pi, ngay bên dưới chân 8. Hình minh họa ở trên cho thấy lại toàn bộ thiết lập. Cuối cùng, khởi động Raspberry Pi bằng cách kết nối lại nó với nguồn điện.

Đọc các giá trị đo được

Cảm biến CO2 đã sẵn sàng để sử dụng. Cần có một đoạn mã Python để đọc giá trị CO2 hiện tại. May mắn thay, một lập trình viên người Nhật đã phát triển một đoạn mã như vậy – chỉ để cung cấp thêm thông tin, nhằm giải thích địa chỉ Github. Bạn cài đặt đoạn mã này cùng với các thành phần khác bằng cách mở cửa sổ dòng lệnh trên Raspberry Pi và nhập lệnh sau:

git clone https://github.com/UedaTakeyuki/mh-z19.git

Sau đó chuyển đến thư mục vừa tạo “~/mh-z19” và chạy tập lệnh cài đặt:

./setup.sh

Để xác định giá trị CO2 hiện tại, hãy sử dụng lệnh này trong tương lai:

sudo python -m mh_z19

Bạn sẽ nhận được kết quả có dạng như “{“co2″: 3128}”. Đơn vị là độ CO2 hiện tại (tính bằng ppm).

./setid.sh [abcdefgh]

sudo python -m pondslider

./autostart.sh --on

Bài viết này ban đầu được đăng trên ấn phẩm chị em của chúng tôi , PC-WELT , và đã được dịch và bản địa hóa từ tiếng Đức.