MEDICIÓN Y PROTECCIÓN
OBJETIVO
Dotar a las aulas y otros espacios de trabajo de una forma sencilla y económica de medir la calidad del aire, en concreto de la concentración de CO2
CONOCE LOS PROYECTOS
BASES CIENTÍFICAS, IDENTIFICADORES DE IMPORTANCIA SOBRE LA MEDICIÓN DE CO2
El Grupo de Trabajo Multidisciplinar (GTM), que asesora al Ministerio de Ciencia e Innovación y apoya al Gobierno en materias científicas relacionadas con el COVID-19 y sus consecuencias futuras, presenta un nuevo informe en el que identifica y describe los distintos equipos autónomos para la limpieza del aire existentes y los sensores para el control de la transmisión de SARS-COV-2 por aerosoles. El GTM explica que para minimizar el riesgo de contagio, hay que reducir la cantidad de virus presente en el aire, o potencialmente presente.
Sensores
El GTM recomienda “el uso de sensores de gases de bajo coste (entre 100 y 200 euros) que permiten conocer la cantidad de aire exhalado por personas en un espacio interior, que está directamente relacionada con la potencial presencia de virus en el aire. Se trata de los sensores de CO2 con tecnología de infrarrojo no dispersivo (NDIR, Non-dispersive infrared). Estos sensores funcionan correcta y rápidamente (1 minuto) y constituyen la mejor aproximación de la que se dispone ahora mismo”, por lo que su uso “en ambientes interiores de pública concurrencia, como restaurantes, bares, comercios, centros comerciales, gimnasios, aulas, etc. es muy recomendable para garantizar la calidad del aire tanto para empleados como para clientes”.
DESCRIPCIÓN PROYECTO CODOS
MATERIALES
- Un ESP32 por ejemplo el ESP32-DOIT-DEVKIT (también puedes utilizar un ESP8266)
- Un sensor de CO2, como el MH-Z19b. Su gran ventaja es que se trata de un sensor NDIR por lo que mide directamente CO2. (he probado también con otros sensores como el Sensirion SDC30 pero su coste es mucho más elevado).
- Otra alternativa más barata es el sensor de eCO2 CCS811. Este sensor no mide directamente CO2, sino una estimación a partir de la presencia de otros gases. Aunque es útil para medir calidad del aire, no es el sensor más adecuado para este proyecto ya que puede dar niveles muy altos por otros motivos, y no solamente por acumulación de CO2.
- Opcionalmente un sensor de humedad, presión y temperatura BME280
- Opcionalmente leds de varios colores por ejemplo rojo, naranja y verde para construir un “semáforo” que indique los niveles de CO2 o directamente utilizar un módulo de semáfot
- Opcionalmente una pantalla OLED SSD1306 u otra (o un ESP32 que la incluya)
- Necesitarás además cables dupont para conectar entre sí los distintos elementos.
- Para alimentar el dispositivo podrás utilizar el puerto USB de un ordenador o mejor un cargador de móvil con conexión microUSB para los ESP o el que corresponga para el Arduino
COSTOS / DONDE COMPRAR
El ESP32 y los leds se pueden comprar en muchas tiendas físicas de electrónica en España o a través de Internet. En China por supuesto resultan mucho más económico; pero tardarás en tenerlo varias semanas en tener los componentes en tus manos.
El ESP32 lo puedes comprar en España por unos 10€ por ejemplo en: https://www.ebay.es/itm/EL0116-ESP-WROOM-32-ESPRESSIF-Placa-Desarrollo-Arduino-WiFi-Bluetooth-Dual-Core/233565682462
SENSOR CO2:
En ebay y en Amazon hay muchas tiendas que te ofrecen el sensor de CO2 o el de humedad y temperatura pero su coste es mucho más elevado que pidiéndolo a China:https://www.ebay.es/itm/CCS811-Carbon-Monoxide-CO-VOCs-Air-Quality-Numerical-Gas-Sensors-CJMCU-811/323688562130
CODOS
¿Qué es 💪CODOS💪?
💪CODOS💪 es un pequeño circuito electrónico construido sobre un microcontrolador ESP32, un microcontrolador similar a un Arduino pero que ofrece conectividad WiFi y Bluetooth, aunque también hay otros Arduinos como el MKR1000 WiFi que te podrían servir.
Esto significa que podemos usar dispositivos de Internet de las Cosas, (IoT) que nos permiten monitorizar los datos de los sensores conectados a los mismos a través de Internet.
CODOS está pensado para medir la cantidad de CO2 y otros parámetros ambientales para recomendarnos cuando deberíamos renovar el aire de un aula u otro espacio de trabajo, sobre todo cuando no se disponga de un sistema de ventilación forzada, o bien no sea posible mantener las ventanas abiertas todo el tiempo.
MONTAJE
Versión Arduino
Vamos a exponer primero de forma sencilla cómo se conecta el sensor de CO2 CCS811 a un Arduino Nano o UNO, esta versión es la más económica y sencilla del dispositivo. Simplemente hemos de utilizar 5 cables Dupont hembra-hembra o macho-hembra respectivamente y unir los siguientes pines del sensor a otros tantos pines del Arduino:
- Vcc con un cable rojo lo uniremos al pin de 3.3V del Arduino
- GND con un cable negro lo uniremos a uno de los pines GND del Arduino
- SDA se conecta al pin A4 del Arduino
- SCL se conecta al pin A5 del Arduino
- Wake o AWake se conecta al otro pin GND del Arduino, aunque también podría controlarse con pin de salida.
Conexión del sensor CCS811 a un Arduino UNO
Luego simplemente hemos de conectar un cable USB y podremos programar el Arduino con el código necesario para poder leer los datos del sensor.
Puedes utilizar el código de la carpeta dev/plotter para monitorizar los valores del CO2 y la TVOC gráficamente. Puedes acceder al mismo en el siguiente enlace: https://github.com/miguelangelcasanova/codos/blob/master/dev/arduino/plotter/plotter.ino
El código está completamente comentado por lo que si lo deseas no debería resultarte muy dificil poder adaptarlo a tus necesidades.
En esta versión del dispositivo los datos sólo pueden monitorizarse a través de un ordenador conectado mediante dicho cable USB, por eso en la versión definitiva utilizaremos un ESP8266 o un ESP32 que funcionan de forma similar pero permiten además enviar los datos vía WiFi y en el caso del ESP32 también vía Bluetooth.
Descarga el archivo, envía el firmware al Arduino y abre el monitor serie o mejor el plotter serie y podrás visualizar los valores del sensor:
Version ESP8266 / ESP32
La conexión de los sensores es muy similar a la que hemos descrito para el arduino y es también muy sencilla, tanto el sensor de CO2 como el sensor ambiental utilizados utilizan conexiones i2c, es decir basta con alimentarlos a 3.3V y masa. Luego hay que conectar a los GPIO22 y GPIO21 que en el ESP32 corresponden a las conexiones SCL y SDA del mencionado protocolo respectivamente o a los pines D2 y D1 que corresponden igualmente a SDA y SCL para el ESP8266.
Si deseas conectar la pantalla OLED o el sensor ambiental BME280, se conectan también en estos mismos pines en ambos casos.
Dado que podemos utilizar dos pines para conectar varios sensores o la pantalla necesitaremos utilizar una placa de prototipos o diseñar una placa de circuito impreso para conectarlos todos en el mismo punto.
Para la conexión de los diodos led al tratarse de salidas de 3.3V deberíamos utilizar resistencias limitadoras de corriente y conectarlos a través de estas a cualquiera de los GPIO, yo he escogido los GPIO9, 10 y 11. Al conectar los diodos led hemos de tener en cuenta su polaridad.
