Анализатор воздуха в доме

Прошивка

Рекомендуется прошить процессор перед сборкой. Сделать можно это совсем вручную с помощью утилиты , но лучше это сделать специальным скриптом. Можно скачать сборки под разные операционные системы на сайте проекта, либо же поставить из исходников с GitHub.

После прошивки и перезапуска процессора должна появиться новая Wi-Fi сеть, как правило, начинающаяся на (в зависимости от языка и версии прошивки). Подключившись к этой сети, надо зайти на http://192.168.4.1/ и настроить подключение к домашней Wi-Fi сети. Надо сказать, что на этом шагу я на какое-то время зациклился: датчик упорно не хотел подключаться к сети, создавая свою собственную. Я подключил отладку через USB-serial (если будете пробовать, скорость нужно задать 9600 бод, эта скорость отличается от скорости загрузчика прошивки), где было видно, что датчик к сети подключается, но ошибок нет. Я уже было отчаялся, как вдруг сеть пропала и датчик появился в домашней сети: оказывается, в настройках есть параметр Duration router mode, в течение которого датчик будет в некоторых случаях держать собственную сеть, чтобы дать возможность поменять настройки.

А какие результаты были у тебя лично?

Ну, если коротко, то ничего радостного. Я живу на востоке Москвы за третьим транспортным кольцом, но внутри МКАД.

Средний индекс чистоты воздуха в моей квартире – печальные 58 баллов, что соответствует уровню «загрязнённый». Никогда бы такое не подумал. Да, душно и сухо, но чтобы сам воздух был проблемным, не ожидал.

В зале я почти никогда не открываю окна, потому что работает сплит-система. Именно здесь Atmotube 2.0 вообще показал качество воздуха 55 баллов из 100 – и мне очень хотелось с ним спорить.

Воздух свежий, прохладный, дышать легко! Но в этом и фишка: дело не в том, как легко дышится, а в том, какие частицы ты вдыхаешь. И с этим, видимо, проблемы.

Квартира полна вещей, в которых может содержаться тот же формальдегид: пластиковые подоконники, линолеум, виниловые обои. Средний индекс ЛОВ и CO2 – 1.3 PPM, что выше нормы и тоже характеризуется в приложении как «загрязненный» уровень.

На кухне из-за близости балкона ситуация лучше, но не сильно, всего 64 балла.

Пока ходил, начал вспоминать. На кухне у меня периодически чешутся глаза. Списывал это на сезонную аллергию из-за открытого балкона. Но зимой это тоже было.

Жена у меня астматик, и чувствительность к любого рода соединениям в воздухе у неё повышенная. Регулярно жалуется на легкий насморк дома. Списывал это тоже на аллергию, но теперь задумался.

Делать ремонт в этой квартире нецелесообразно – слишком многое придется менять. Проще переехать. И если действительно однажды соберемся, то я возьму с собой Atmotube 2.0 на новое место. Лучше заранее узнать, чем потом глаза и нос чесать.

Код устройства

Код для Ардуино вы можете скачать или скопировать ниже.

// Air Quality monitoring 
#include 
#include 

// The Thinger.io cloud
#define USERNAME "YOUR_USER_NAME"
#define DEVICE_ID "YOUR_DEVICE_ID"
#define DEVICE_CREDENTIAL "YOUR_CREDENTIAL"

ThingerYun thing(USERNAME, DEVICE_ID, DEVICE_CREDENTIAL);

void setup() {
  pinMode(A0, INPUT);
  pinMode(A1, INPUT);
  pinMode(A2, INPUT);
  pinMode(A3, INPUT);

  // initialize bridge
  Bridge.begin();


  // resource output example (i.e. reading a sensor value, a variable, etc)
  thing >> outputValue(analogRead(A0)); // optional 
  thing >> outputValue(analogRead(A1));
  thing >> outputValue(analogRead(A2));
  thing >> outputValue(analogRead(A3));

  // more details at http://docs.thinger.io/arduino/
}

void loop() {
  thing.handle();
}

Почему D9

Главная причина: набор датчиков в данном анализаторе показался мне наиболее сбалансированным по соотношению цена/качество.

Али завален кучей разных приборов, и многие — откровенная ерунда, или рейтинг продавцов слишком низкий. Например, есть некий дешевый прибор JQ-300, который, как заявлено, умеет примерно всё то же самое, передает данные по Wi-Fi на смартфон, а стоит в три раза меньше. Но, отзывы покупателей там же на али быстро приводят к пониманию, что JQ-300 практически бесполезен, как и JQ-200.

Ещё важным отличием D9-H является наличие датчика CO2 SenseAir S8. То есть, измерение происходит непосредственно, и судя например вот по этому видео, относительно точно для бытового устройства.

Watch this video on YouTube

Жаль, что автор сравнил приборы только по этому показателю.

Кстати, у того же производителя D9 есть ещё и модель K6, чуть более дешевая, с аналогичным функционалом. Как удалось выяснить из чужих отзывов, помимо дизайна отличается более старыми версиями датчиков PM2.5, а именно 3-е поколение против 10-го. Но это не точно. Кроме того, насколько существенна разница между поколениями датчиков я тоже не выяснял, хотя и эта информация в сети есть.

Сборка

Как я уже упоминал выше, можно использовать как NodeMCU, как и более компактную плату Wemos D1. Функционально они идентичны, но NodeMCU несколько крупнее и имеет больше выводов. В моём распоряжении было несколько плат Wemos D1, так что я использовал именно их, но именно это решение привело к некоторым усложнениям в процессе сборки.

Схема подключения SDS011 и BME280

Как видно из схемы, датчик SDS011 подключается через UART, в то время как BME280 — через I²C. В моём случае вместо BME280 был BMP280, подключаемый на те же контакты, а также ещё и DHT22, который подключается на D7 (см. схему подключения). Всё бы хорошо, но у Wemos D1, в отличие от NodeMCU, лишь один контакт 3V3 и всего один GND! Пришлось паять разветвитель GND и удлинитель 3V3.

В итоге мой Франкенштейнов монстр выглядел примерно так:

Вся электроника в сборе

К процессорной платке я прикрепил изолентой кусок пористого пенопласта, чтобы в случае попадения влаги внутрь корпуса, хотя бы часть её задержать. Всё устройство было помещено в ведёрко от йогурта

Важно в корпусе сделать не только отверстие для гибкой трубки, ведущей к SDS011, но и дополнительные отверстия, обеспечивающие циркуляцию воздуха, в том числе и для того, чтобы показания датчиков температуры, влажности и давления имели какой-то смысл

Плохо себя зарекомендовала упаковка от маргарина: после чуть менее, чем года на улице, коробочка начала рассыпаться, в конце концов во время ливня вода попала внутрь и каким-то образом повредила датчик пыли:

Рама не совсем хари

Как видно из фотографий выше, свои датчики я размещаю на подоконнике (например, приклеив двусторонним скотчем). С размещением я советую внимательно подумать, приняв к вниманию как метеоусловия (ветер, солнце), так и наличие источников загрязнения. Например, один из моих датчиков находится на солнечной стороне, потому показания температуры у него очень часто завышены. Расстояние до источников загрязнения может влиять на показания, занижая и завышая их, либо же вообще делая их бесполезными. Например, возле нашего дома находится крупная стройка, которая уже продолжается три года, и данные насчёт того, сколько пыли она производит, весьма интересны. С другой стороны, концентрация пыли прямо на стройке несколько другая, чем возле домов, где живут люди, поэтому если датчик размещён слишком близко, польза от данных будет сомнительная. Также необходимо учитывать расстояние от дороги (покрышки автомобилей также создают массы взвешенных частиц).

После установки и проверки датчика его можно подключить к API разных проектов. Данные со своих датчиков я посылкаю на sensor.community (LuftDaten), агрегатор Madavi, OpenSenseMap, AirCMS и ещё пару проектов:

Настройки API датчика

Вот так выглядит карта PM_2.5 от LuftDaten (два датчика на ней мои):

Словакия на карте LuftDaten. Картографические данные: Участники OpenStreetMap

На AirCMS датчиков в наших краях гораздо меньше:

Словакия на AirCMS. Картографические данные: Яндекс

Общественный мониторинг

Во многих европейских странах помимо мониторинга качества воздуха, осуществляемого государственными организациями, осуществляется и общественный мониторинг, производимый независимыми организациями и просто жителями городов и деревень. Один из таких проектов, LuftDaten, основан группой сотрудников Штутгартской высшей технической школы. В рамках этого проекта был разработан вебсайт для сбора данных, а также простые в сборе датчики, которые может разместить у себя дома каждый желающий. Как сайт, так и прошивка устройства являются свободным ПО.

Карта чистоты воздуха от LuftDaten. Картографические данные: Участники OpenStreetMap

Как видно из карты на их сайте, датчики установлены уже во всех странах Европы, хотя больше всего их, конечно же, в Германии.

Кроме LuftDaten, существуют и другие похожие проекты: OpenSenseMap (тоже немецкий), а также AirCMS (из Челябинска). Прошивка для датчиков от Luftdaten позволяет отправлять данные сразу в несколько проектов, а также на произвольные web API.

Конечно же, точность данных, полученных таким способом, ниже, чем у дорогих станций мониторинга, используемых государственными организациями, но у общественной сети есть потенциал лучше покрыть территорию более дешёвыми станциями, получая хоть какое-то представление о ситуации в местах, где нет официальных станций мониторинга. Кроме того, существует возможность математически «привязать» и откалибровать менее точные данные с помощью данных, полученных от более точных станций.

Вариант подороже

А вот если нужен более мощный по количеству и качеству датчиков прибор, то стоит посмотреть на серию Air Master, например Air Master A7.

Судя по отзывам, AM7 — наиболее мощный точный и адекватный прибор для бытового (и не только) использования из представленных на али, по точности и качеству работы приближающийся к профессиональным аналогам. Система с открытым кодом. Впрочем, и цена на него уже будет соответствующая — раза в полтора выше, чем на D9-H, и раз в пять дороже простейшего прибора на PMS X003.

При выборе пришлось покурить ixbt и хабр, попался на глаза и неплохой обзор на mysku. По итогу, наиболее полезным и содержательным оказался вот этот пост на форуме ардуинщиков: http://arduino.ru/forum/obshchii/plantower-pms-a003-i-vse-vse-vse

В общем, надеюсь, прибор приедет в сохранности и окажется полезным. Постараюсь написать соответствующий обзор.

Интересно было бы найти возможность подключения к компьютеру по USB датчика Plantower отдельно. Разместить его за окном на улице, и запустить в онлайн мониторинг качества воздуха.

Рейтинг профессиональных устройств

Fluke 975V

Уникальное устройство, способное повысить качество контроля и выдавать достоверные сведения. Часто этот прибор используется учеными для обнаружения углекислого и угарного газа. Также оборудование анализирует уровень влажности, температуру и скорость ветреного потока.

Благодаря ему становится легче проводить эксперименты, а также организовывать правильную вентиляционную систему. В изделии имеются все полезные функции: начиная от автоматической подсветки дисплея и заканчивая самопроверкой. Для безопасности производитель создал клавиатуру с режимом блокировки. Регистрируемая информация сохраняется в памяти, после чего может передаваться на компьютер.

Средняя стоимость: от 178 000 рублей.

Fluke 975V

Достоинства:

• Возможность калибровки;
• Расчет процентного соотношения;
• Удобное отображение информации;
• Блокировка клавиатуры;
• Измерение скорости воздуха;
• Многоязычный интерфейс;
• Автономность.

Недостатки:

Testo 435-4

Качественное оборудование, способное функционировать практически во всех условиях. Прибор сочетает в себе функции нескольких устройств, что дает возможность полноценно следить за климатом в помещении или на крупном предприятии.

Для удобства оснащается тремя портами, к которым можно подключить измерительные изделия, что положительно скажется на точности проводимых исследований. Вся информация, поступающая в датчик, автоматически сохраняется в памяти и при желании может повторно выводиться или передаваться на ПК.

Главным источником питания являются 3 батареи АА, которых хватает на длительное время при умеренном использовании. Рабочая температура -20…+50 градусов.

Средняя цена – 80 000 рублей.

Testo 435-4

Достоинства:

• Эффективность;
• Хороший корпус;
• Точность измерений;
• Оптимальная цена;
• Компактность;
• Надежность;
• Можно подключить вспомогательное оборудование.

Недостатки:

CEM DT-9881

Небольшой датчик, который обладает хорошей точностью и ярким цветным дисплеем. Поддерживается возможность установки карты памяти размером до 8 Гб. Изделие способно провести анализ за короткое время, при этом вся информация сохранится в системе.

Кроме качества воздуха, прибор может указать текущее состояние температуры, влажность, скорость ветра и т.п. По сути, оборудование является мини лабораторией, благодаря которой проводить измерения станет легче. При длительном бездействии датчик автоматически выключается, что позволяет сохранить заряд батареи.

Средняя цена – 67 100 рублей.

CEM DT-9881

Достоинства:

• Широкий диапазон измерений;
• Удобство;
• Быстрый анализ;
• Эффективность;
• Простая конструкция;
• Производительность.

Недостатки:

AERasgard KFTM-LQ-CO2-W

Эффективная модель, которая не нуждается в постоянном техническом обслуживании и может размещаться в любом офисе или предприятии. Благодаря этому продукту следить за микроклиматом станет проще. Вся информация отображается на ярком синим дисплее, который отчетливо видно в темноте.

Диапазон измеряемых температур составляет -30…+80 градусов, а влажности 0…100%. Изделие обладает прочным корпусом, который монтируется в стену. Дисплей защищен пластиковым стеклом, которое крепится на небольшие шурупы.

Средняя стоимость: от 38 600 рублей.

AERasgard KFTM-LQ-CO2-W

Достоинства:

• Хорошее измерение качества воздуха;
• Прочный корпус;
• Защитное стекло;
• Яркий дисплей;
• Низкая цена.

Недостатки:

Функционал приборов оценки качества воздуха

Множество встроенных функций позволят определить концентрацию CO и CO?, относительную влажность, температуру и другие важные параметры. Некоторые модели также позволяют измерять давление, тягу, уровень освещенности и шума. Определение объемного расхода обеспечивается всеми возможными методами, в числе которых обогреваемые зонды, крыльчатки и трубки Пито.

Используя современные анализаторы можно не только продиагностировать работу систем и обеспечить комфортные условия работы, но и избежать возникновения различных несчастных случаев, например, отравления персонала угарным газом. Пригодятся приборы для определения качества воздуха и для контроля условий хранения готовой продукции, например, для поддержания определенного температурного режима на складах.

При выборе прибора для оценки качества воздуха следует в первую очередь исходить из стоящих перед вами задач. По своему функционалу данный вид устройств можно разделить на следующие категории:

• Измерители расхода воздуха – предназначены специально для контроля работы и отладки систем кондиционирования. С их помощью можно измерять скорость воздушных потоков, давление и объемный расход.
• Счетчик пылевых частиц – предназначен для контроля работы систем кондиционирования и вентиляции. Основная функция данного вида устройств – определение концентрации в воздухе взвешенных твердых частиц. Дополнительно прибор позволяет измерять температуру и влажность в помещении, заменяя собой термогигрометр.
• Измерители концентрации CO и CO? – особенно востребованы в производственных цехах, но также могут быть использованы и для контроля микроклимата в офисных и жилых помещениях.
• Приборы для измерения температуры, влажности и давления – основной областью применения является диагностика работы газового оборудования, систем отопления и ОВКВ.
• Универсальные приборы для определения качества воздуха – сочетают все функционал сразу нескольких устройств.

Окей, окей. Что там умеет делать приложение?

Atmotube 2.0 работает с бесплатным одноимённым приложением для iOS и Android. В нём можно работать сразу с несколькими подключенными девайсами.

Открываете его и смотрите, как обстоят дела с чистотой воздуха прямо сейчас. Выше скриншот главного экрана, где выдается общий рейтинг, а также концентрация ЛОВ (вредных веществ), влажность в процентах и температура.

Чуть ниже текстом указаны советы, применимые к нынешней ситуации. Они оформлены в общих словах, но помогают понять, насколько всё плохо (или хорошо). В правом верхнем углу можно посмотреть заряд аккумулятора Atmotube – на самом гаджете он не отображается.

Более подробную информацию о различных состояниях воздуха можно подчерпнуть из встроенной справки. В ней степень загрязнения разбита на пять категорий опасности вместе с указанием конкретных цифр.

Раздел разбит на две разных категории: в первой анализируется общее состояние воздуха, во второй – содержание ЛОВ. Полезно почитать разок.

Приложение необязательно держать запущенным всё время: можно скрыть, мониторинг всё равно будет продолжаться. Когда откроете позднее, подождите 10-15 секунд, чтобы данные обновились.

Статистику чистоты воздуха можно посмотреть в меню «История» в представлениях одного дня, недели, месяца или года.

Использовать это меню полезно, если вы пытаетесь найти самую загрязненную зону в загородном доме или квартире, а также если Atmotube стоит стационарно в одном месте.

Данные каждого замера также отображаются на карте. Интересная фича, которая обрастает пользой, если вы носите Atmotube с собой.

Причем можно увидеть не только свои замеры, но и общую карту чистоты воздуха со всех девайсов Atmotube вообще.

Вначале сбивает с толку гигантское меню настроек. Тут пунктов и подменю штук 20. Можно обновлять ПО, сбрасывать настройки и проводить калибровку.

Есть тумблеры отключения фоновых замеров чистоты воздуха и их анонимной выгрузки на общедоступную карту.

Тут же можно вручную заново синхронизировать девайс со смартфоном, выгрузить статистику замеров в файле .csv, сбросить среднее значение замеров (на сами замеры не влияет, только на статистику).

Порог предупреждения можно увеличить или снизить до любого, а сами уведомления – отключить. Отдельно можно запретить/разрешить «пуши» при высокой степени загрязненности воздуха частицами ЛОВ и углекислого газа.

За четыре дня теста проблем с приложением Atmotube для iPhone не заметил, хотя пользовался бета-версией iOS 12. Только единожды после незапланированной перезагрузки потребовалось закрыть и открыть софт заново. Скорее всего, это баг айфона.

Замеры и тесты

Офис

Первые майские выходные длились с субботы по понедельник включительно. Эти три дня офис был необитаемый, окна плотно закрыты.
Придя во вторник, я увидел 610 ppm, 23,0 °C, 31%
В помещении начинает трудиться 1 человек.
Спустя 30 минут: 715 ppm 24,6 °C 35%
Спустя еще 1 час: 1050 ppm 25,3 °C 38%

Выводы:

• В помещении с закрытыми окнами концентрация CO2 не опускает до фонового уровня (около 400 ppm) даже за 3 дня. Значит герметичность вполне хорошая, свежему воздуху поступать особо неоткуда.
• Хоть значение в 610 ppm хоть и не фоновое, но вполне допустимое и благоприятное. Однако оно перестаёт быть таковым уже через 1,5 часа
  Офис после ночи.
  Продолжаем эксперименты. Оставляем форточку на микропроветривании.

Такой щёлки вполне достаточно

Чудеса — утром прибор показывает уровень углекислого газа 405 ppm. Ровно такой же уровень нас ждал если бы офис не имел окон вовсе.

В машине

Измерение качества воздуха в машине

Жалко, что зима прошла и печку в машине включать больше не нужно. А хотелось проверить уровень относительной влажности. Лично у меня — в этот период страшно сохнут глаза, очень неприятно ездить с печкой. Без отопления холодно. Поэтому стараюсь направлять потоки воздуха в любую сторону кроме себя.

Симптомы повышенной концентрации углекислого газа — утомление и сонливость — плохие друзья водителя. Было решено проверить как с этим дела в моей машине.

Замерял три ситуации.

1. Кондиционер в режиме охлаждения
2. Тот же режим, но с кнопкой «рециркуляция»
3. Приоткрытые щёлки в окнах (окна закрыты дефлекторами)

В режиме кондиционера воздух в салон поступает извне и охлаждается. Проблем с концентрацией углекислого газа нет, однако показатели держатся около верхней «зеленой» планки — 710-800 ppm.

Режимом рециркуляция обычно пользуются, чтобы быстрее прогреть\охладить салон или избежать неприятного запаха дымящего грузовика. Я нажимаю кнопку, и концентрация CO2 очень быстро поднимается до 840-910 ppm и уже медленнее ползёт вверх. Понятно, без особых причин не стоит долго ездить в таком режиме.

Когда воздух свежее: кондиционер или открытые окна? С точки зрения углекислого газа тут всё однозначно. Окна открытое на пару сантиметров спереди и сзади в мгновение устанавливают концентрацию углекислого газа в 610 ppm. При этом я не устраивал очень сильный сквозняк — на окнах стоят дефлекторы (это такие козырьки). Но не стоит забывать, что при использовании вентиляции воздух проходит через фильтры, которые задерживают пыль и копоть.

Как по мне — вполне достаточно свежего воздуха в режиме кондиционера.

Впечатления

Как человек технического склада ума — люблю знать конкретные величины и не основываться на субъективных ощущениях. Раньше я контролировал только уровень влажности. Теперь точно могу знать о «свежести» воздуха.

Монитор качества воздуха от Даджет со всеми своими функциями справляется хорошо. Измеряет, предупреждает. Приведу ниже некоторые плюсы и минусы («хотелки»)

Плюсы

• помимо СО2 измеряет влажность и температуру
• крупные цифры на дисплее
• возможность звукового оповещения, если значение выходит за норму (и возможность это отключить)

Минусы

• нет возможности синхронизации с ПК
• подсветка дисплея не отключается

Для читателей блога действует скидка 10% на покупку монитора качества воздуха в течение 14 дней по промокоду GT-MKV.

Подробнее о датчике

Вариантов датчика существует несколько как в плане конкретных комплектующих, так и сборки как таковой. «Классический» вариант, предлагаемый LuftDaten — платка с ESP8266 (NodeMCU) с сенсором Nova SDS011 в пластиковой трубе:

Датчик AirRohr

Готовый установленный датчик выглядит примерно так, как на фотографии в начале статьи.

Конечно же, использовать трубу не обязательно, корпус может быть любым, но способным выдержать погодные условия на улице 365 дней в году:

Мой датчик, установленный на подоконнике

Альтернативой предлагаемой конструкции является набор AirRohr-Kit от Эрика Несстрёма, который разработал модели для 3D-принтера и печатную плату, предназначенную для установки в электромонтажную коробку:

Схема сборки AirRohr-Kit

Обзор Монитора качества воздуха от Даджет

Внешний вид прибора

Прибор продаётся в добротной коробке. На обратной стороне видим всю информацию: краткая информация о приборе, технические характеристики, условия эксплуатации, комплектация и др.

Комплектация:

1. Монитор углекислого газа (по факту в него встроен измеритель относительной влажности и температуры
2. mini-USB провод
3. Адаптер питания 200В\5В
4. Инструкция

Об уровне качества говорят светодиоды. Всё интуитивно понятно. Зеленый, желтый и красный. (<800 ppm; 800…1200 ppm; >1200 ppm соответственно).

При превышении концентрации СО2 более 1200 ppm — прибор начинает негромко пикать. На лицевой поверхности кнопка MUTE. Для офиса отличная функция. Запищало — проветри. А вот дома лучше отключить звук, чтобы ночью не проснуться в панике.

Кнопка выключения звука и светодиоды

Дисплей имеет белую подсветку, которая не отключается. Она средней яркости и может мешать чувствительным людям спать. В этом случае не стоит располагать монитор качества воздуха на прикроватной тумбе.

Примерно так работает подсветка

Характеристики прибора

Способ измерения СО2 — диффузионный инфракрасный двухлучевой.

Характеристика измерения СО2	Значение
Измерительный диапазон	0…3000ppm
Разрешение	1 ppm при 0…1000ppm; 5 ppm при 1001…2000ppm; 10 ppm при 2001…3000ppm
Точность	До 25 °C: ±80 ppm или ±5% (≤2000 ppm); ±7% (>2000 ppm)
Время отклика	Около 2 мин
Время прогрева	2 мин при 22 °C
Светодиоды	Зеленый <800 ppm; Желтый: 800…1200 ppm; Красный: >1200 ppm

Характеристика измерения температуры	Значение
Измерительный диапазон	0…50 °C
Разрешение	0,1 °C
Точность	±1,5
Время отклика	20…30 мин
Время прогрева	2 мин при 22 °C

Характеристика измерения влажности	Значение
Измерительный диапазон	20…90 %
Разрешение экрана	1%
Точность	±5% при 23 °C
Время отклика	<5 мин
Рабочая температура	0…50 °C
Рабочая влажность воздуха	0…95 %