Датчик со2 для вентиляции


Доработка проветривателя или управление вентиляцией от датчика углекислого газа

Уровень углекислого газа (CO2) один из важных показателей качества воздуха в помещении. Еще его уровень очень удобно использовать для управления вентиляцией. В статье расскажу о доработке проветривателя и дистанционном управлении вентиляторами посредством микроконтроллеров и датчика CO2. Также, при желании, после небольшой доработки эту же схему можно применить и для управление приточной-вытяжной системой. Среднестатистическая квартира обычно рассчитана на естественную вентиляцию. Это когда воздух поступает через щели в окнах и выходит через вытяжное отверстие где-то в районе кухни, туалете и т.п. В квартире с установленными пластиковыми окна щелей, как правило, не бывает и, чтобы вентиляция работала, приходится приоткрывать окна или форточки, что улучшает ситуацию с воздухом при нормально работающей вытяжке. Но таким образом мы добавляем уличный шум. Получить свежий воздух в помещении без шума можно установкой:

  1. Приточной системы
  2. Проветривателей, подающие воздух с улицы через дырку в капитальной стене
Первый вариант решает все проблемы, но дорог и требует места под оборудование, вентиляционные каналы. Второй вариант попроще, но так как сам блок проветривателя ограниченного размера, то шумность будет зависеть от его режима работы. Вот этот вариант и рассмотрим. Приведу здесь таблицу уровней углекислого газа и влияния его на здоровье, чтобы знать к чему стремиться:

Таким образом, будем считать уровень CO2 равный 450-1000 ppm оптимальным для помещения. Про своему опыту скажу, что при закрытых окнах и дверях, включенном на минимуме проветривателе и при нахождении в комнате двух человек, к утру получается где-то 1200-1500 ppm, что многовато.
Алгоритм работы
Примененный алгоритм для управлении производительностью вентиляции достаточно простой, но при желании можно и усложнить:
  • Берется средний уровень CO2, полученный с датчика, за некоторое время.
  • Есть 6 пороговых значений и в зависимости от этого выбирается скорость вентиляторов, которая передается по радиоканалу на микроконтроллеры, управляющие вентиляторами.
  • При понижении уровня CO2 есть некоторый порог, только после которого происходит уменьшение скорости.
  • Ночью максимальная скорость вентиляторов ограничена, чтобы уменьшить шум.
  • По командам с пульта можно увеличивать или уменьшать общую производительность вентиляции и конкретно каждого вентилятора.
В качестве датчика углекислого газа использован не дорогой бытовой CO2 монитор MIC 98130. Подача воздуха идет через проветриватель Aeropac 90A. Вытяжка усилена канальным вентилятором SystemАir IF 150. Для управления используются микроконтроллеры Atmel AVR ATtiny44A. Данные передаются от контроллера, подключенного к монитору CO2, на контроллеры, управляющими вентиляторами, с помощью модулей на трансивере NRF24L01+. Установка режима работы и настройка возможны с помощью любого ИК пульта, либо магнита или кнопки.
Доработка монитора CO2

Монитор СO2, заказанный на ebay, как оказалось, имеет внутри инфракрасный газовый анализатор SenseAir K22 с достаточно хорошей точностью. А самое главное — имеет специальный выход с уровнем CO2 (на картинке белый разъем с четырьмя контактами). На этом разъеме слева-направо:
  1. питание +9В
  2. общий
  3. выход уровня CO2 в ШИМ от 350 до 2000 ppm
Свободного места внутри не много, поэтому для доработки использована мини плата с трансивером NRF24L01+ и на нее же запаян микроконтроллер в SOP14 корпусе c обвязкой. Перед запайкой был включен фьюз DWEN для программирования и отладки по протоколу debugWIRE. По радио-модулям есть одно замечание — дальность передачи не достаточно велика.

Тем более если есть стены, двери между передатчиком и приемником. Так что лучше выбирать модули с внешней антенной или стараться чтобы между передатчиком и приемником было как можно меньше препятствий. Существует совместимый с nRF24L01+ китайский чип с повышенной мощностью передачи — SI24R01. Модули с ним обычно стоят дешевле, так что лучше брать с ним. Я, правда, не нашел вменяемые мини модули с этим чипом и в проекте еще используются модули и с родным nRF24L01+ чипом. Для включения повышенной мощности передачи у SI24R01 используется бит 0 регистра RF_SETUP. На резисторах R1, R2 собран делитель для уменьшения напряжения, получаемого с датчика.

Величина CO2 получается при вычислении времени между сменой уровня на ноге контроллера. Время берется из счетчика 16 битного таймера. Чтобы меньше проводить вычислений микроконтроллер работает на частоте 8.192МГц, а делитель таймера установлен в 1024. Таким образом счетчик таймера TCNT1 увеличивается каждые 0.125мс. Получается для того, чтобы вычислить уровень CO2 — нужно счетчик таймера разделить на 4 и вычесть 4. ШИМ сигнал на выходе датчика:

Схема:

Фоторезистор LDR1 используется для определения порога темноты, кнопка — для первоначального запоминания команд ИК пульта. Светодиод информирует об ошибках передачи, а так же используется для настройки. Для управления и настройки решил использовать обычный ИК пульт, команды которого нужно сначала прописать в микроконтроллер. Вход в режим программирования — нажать и удерживать кнопку более 3 секунд. Затем по порядку облучить ИК приемник, нажимая на кнопки пульта. ИК команды:
  1. вверх,
  2. вниз,
  3. выбор,
  4. установка корректировки скорости каждого вентилятора.
В обычном режиме команды «вверх» и «вниз» увеличивают или уменьшают скорости всех вентиляторов на одну ступень. Команда «выбор» — сброс. С помощью команды 4 происходит вход в режим установки смещения скорости каждого вентилятора. Сначала выбирается номер вентилятора, затем после выбора вводится смещение. Светодиод в этому режиме промигивает текущий выбор. Команды идентифицируются микроконтроллером таким образом:
  • с помощью таймера 0 получаем время от предыдущего фронта сигнала (прерывание PCINT1)
  • если это первый импульс, то проверяем его длительность, чтобы сразу исключить ложное срабатывание
  • если произошло изменение длительности в 1.5 раза по сравнению с предыдущем значением, то добавляем в битовый массив 1, иначе 0.
  • вычислям хеш (2 байта) битового массива и используем его для идентификации команды
Используется простая хеш функция, для уменьшения нагрузки на контроллер,с формулой: hash = hash * 17 + x if(IRSignalTimer > IRSignalTimerLast) // bit = a / b > 1.5 bit = (uint8_t)(IRSignalTimer - IRSignalTimerLast) > IRSignalTimerLast / 2; else bit = (uint8_t)(IRSignalTimerLast - IRSignalTimer) > IRSignalTimer / 2; IRReadedByte = (IRReadedByte 7) { IRArrayBit = 0; IRHash = ((IRHash

Анализатор (датчик) уровня концентрации углекислого газа (СО2)

 

Газоанализатор СО2 производства СКБ «Индукция» ACO2G201-U5-PNP-P 

представляет из себя миниатюрный короб размером 35х69х94 мм для настенного монтажа с системой индикации (см. руководство по эксплуатации) и электрическим разъёмом типа М12х1.

В качестве сенсора применён недисперсионный инфракрасный фотомер (NDIR). Под действием естественной конвекции окружающий воздух через вентиляционные отверстия затекает в фотомер, который измеряет характеристики спектрального поглощения газа и выдает измеренные значения в цифровом виде. Далее показания преобразуются в аналоговый вид и выдаются на стандартный выход напряжения (0-5В). Также, в соответствии с установленными порогами, измеренное значение индицируется на корпусе цветом сигнального светодиода.

Сфера применения:

Анализатор уровня углекислого газа (СО2) модель ACO2G201-U5-PNP-P  электронное устройство с аналоговым выходом, предназначенное для измерения уровня концентрации углекислого газа в окружающей среде (воздухе).

 Датчик концентрации углекислого газа предназначен для использования:  - в жилых и общественных помещениях,   - в производственных цехах,  - в системах вентиляции,

 - на сельскохозяйственных предприятиях (овощехранилища, теплицы, животноводческие фермы и птицефабрики).

Варианты эксплуатации:

Есть два варианта применения датчика ACO2G201-U5-PNP-P :

1 — бытовой. На датчике СО2 имеются индикаторы трёх цветов. В зависимости от цвета лампочки можно понять, когда пора проветрить помещение. Обратите внимание:  с так называемой «духотой» не всегда справится обычный кондиционер, даже с функцией забора воздуха с улицы. Проветривание необходимо.

2 — в качестве компонента АСУТП. Датчик своим сигналом 0-5В управляет частотным преобразователем, что позволяет экономить электроэнергию, т.к. с помощью датчика вентиляция будет автоматически отключаться или снижать энергопотребление при достижении требуемого уровня концентрации углекислого газа.  Чем выше уровень СО2 в воздухе → тем выше аналоговый сигнал с датчика → тем интенсивнее происходит воздухообмен.

 
1. в социально значимых объектах:
больницах школах детских садах офисах домах
        .
2. В качестве компонента АСУТП:
складских помещений торговых и офисных комплексов производственных помещений скотоводческих ферм птицефабрик и т.д.

В разных странах приняты разные нормы концентрации углекислого газа в воздухе. В среднем приняты такие значения: 300 ppm – норма на улице на природе 500 ppm – норма на улице в современном городе

700-1500 ppm – норма в помещении, причем ближе к 1500 ppm уже начинаются жалобы на духоту, головную боль, вялость и т.д. 

Зеленый

от 0 до 800 ppm

Концентрация СО2 в воздухе благоприятная. Проветривание не требуется.

Зеленый до желтого

от 800до 1200 ppm

Уровень углекислого газа в пределах нормы ГОСТ 30494-2011. Проветривание желательно.

Желтый до красного

от 1200 до 5000 ppm

Уровень CO2 превышает допустимые нормы ГОСТ 30494-2011. Проветривание необходимо.

 Преимущества нашего датчика:

  • Малые габариты
  • Низкая цена
  • Высокая точность
  • Полная взаимозаменяемость с датчиком DOL17

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Одним из основных показателей комфортности помещений является состав и чистота (качество) воздуха. Ещё в прошлом веке были проведены различные исследования по воздействию углекислого газа (СО2) на организм человека.

В 60-х годах советский ученый-исследователь О.В. Елисеева в своей диссертации приводит детальное исследование о влиянии углекислого газа в концентрациях 0,1% (1000 ррm) до 0,5% (5000 ррm) на организм человека, и пришла к выводу, что кратковременное дыхание углекислым газом (двуокиси углерода) здоровыми людьми в этих концентрациях вызывает отчетливые сдвиги в функции внешнего дыхания, кровообращении и значительные ухудшения электрической активности головного мозга.

Согласно ее рекомендациям, содержание углекислого газа (СO2) в воздухе жилых и общественных зданий не должно превышать 0,1% (1000 ррm), а среднее содержание СO2 должно быть около 0,05% (500 ррm).

Исследователи знают, что существует связь между концентрацией углекислого газа (СО2) и ощущением духоты. Это ощущение возникает у здорового человека уже на уровне 0,08%, т.е. 800 ррm. Хотя в современных офисах бывает 2000 ррm и более. И человек может не ощущать опасного воздействия углекислого газа. Когда речь идёт о больном человеке, то порог чувствительности ещё увеличивается.

Повышенное содержание уровня углекислого газа может наблюдаться во всех помещениях, где находятся люди: в школьных классах и институтских аудиториях, в комнатах для совещаний и офисных помещениях, в спальнях и детских комнатах.

То, что нам не хватает кислорода в душном помещении, – это миф. Расчеты показывают, что вопреки существующему стереотипу, головная боль, слабость, и другие симптомы возникают у человека в помещении не от недостатка кислорода, а именно от избытка углекислого газа.

Мало кто знает, что чистый воздух за городом содержит около 0,04% углекислого газа, и, чем ближе содержание СО2 в помещении к этой цифре, тем лучше чувствует себя человек.

Высокий уровень СО2 в воздухе офисного помещения может явиться причиной заболеваемости сотрудников и снизить концентрации их внимания на 30%. Повышенный уровень углекислого газа может быть причиной головной боли, воспаления глаз и носоглотки, а так же вызывать усталость у персонала. В результате всего этого компании теряют огромные деньги, а виноват в этом углекислый газ

Название параметра Значение 
Диапазон контролируемого уровня СО2, ppm  0…5000 
Точность измерений  ±(50 ppm +5%°С) При минимальной скорости воздуха 1 м/с  
Тип сенсора NDIR 
Диапазон питающих напряжений, В  10…30
Диапазон выходных напряжений, В  0…5 
Выход пропорциональный по напряжению  1 мВ/ppm 
Ток нагрузки, не более, мА  1
Ток потребления, не более, мА  120
Время готовности после подачи питания, мин.  3
Время установления показаний, сек. 

Контроллер регулятор СО2 с выносным датчиком

Измеритель-регулятор СО2-ex с выносным датчиком ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Прибор предназначен для измерения содержания углекислого газа (химическая формула СО2) в воздухе, а также для управления устройствами вентиляции (или устройствами, повышающими содержание СО2 ) с целью поддержания концентрации углекислого газа в воздухе на заданном уровне. Для измерения СО2 применен датчик углекислого газа S-300G корейской фирмы TCC ELT. Датчик создан по самой современной технологии NDIR, основанной на поглощении углекислым газом инфракрасного излучения определенной длины. Прибор может применяться в технологических процессах при выращивании грибов, в различных теплицах, в офисных и жилых помещениях для измерения и поддержания СО2 на заданном уровне, а также в охранных системах как датчик присутствия человека в помещении. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 1. Диапазон измерения СО2:  0 - 5000 ppm (0 - 0,5%). 2. Диапазон установок для поддержания концентрации СО2:  0 - 5000 ppm. 3. Гистерезис (разность ppm между включением и выключением): от 1 до 5000 ppm. 4. Точность измерения:  ±30ppm ±3% от измеряемого диапазона. 5. Время отклика: (1/е) 90 секунд.

6. Температура воздуха, окружающего прибор: 0 - 45 °С. 7. Влажность воздуха, в котором расположен датчик 0 - 99% RH. Конденсация недопустима.

8. Длина кабеля прибор-датчик 10 м, (изготавливается по заказу от 1 до 20 метров). 9. Напряжение питания: 220 Вольт. 10. Потребляемая мощность: не более 2 Ватт. 11. Коммутируемый ток: не более 7 Ампер. 12. Режим работы: долговременный. 13. Корпус под DIN-рейку, занимает место эквивалентное 4м стандартным токовым автоматам. 14. Габаритные размеры прибора: 7 х 9 х 6,5 см. Включение и индикация Прибор монтировать согласно представленной схеме. Датчик разместить в месте, в котором необходимо измерять концентрацию двуокиси углерода. После подачи питающего напряжения на индикаторе появляются на 15 секунд нули 000, затем измеряемое значение концентрация СО2 в ppm. Истинное значение появляется через 2 минуты после включения. В это же время происходит отработка заданных в параметрах значений, если таковые были внесены при предыдущих включениях. О включенном состоянии реле (нагрузки) сигнализирует светодиод на панели прибора. Для задания значений, при которых реле будет включаться и выключаться, необходимо в меню (кнопка Д) выбрать “Oп” (включить) или “OF” (выключить) и подтвердить выбранное, нажав кнопку И (подтверждение). После этого появится значение выбранного параметра с мигающим младшим разрядом. Далее кнопкой Ж можно изменять значение разряда, а кнопкой Д выбрать редактируемый разряд. После того, как значение выставлено, необходимо нажать кнопку И . Значение параметра сохраняется в энергонезависимой памяти, а система перейдет в основной режим. Если значения в параметрах Оп и OF совпадают, то прибор работает в режиме измерителя и реле находится в отключенном состоянии. Если значение Оп меньше значения OF , то реле по достижении значения в OF выключится, а включится когда показания на индикаторе станут ниже, чем записанные в параметре Оп. Этот режим служит для повышения концентрации углекислого газа. Если значение Оп больше значения OF , то реле по достижении значения в Оп включится, а выключится когда показания на индикаторе станут ниже, чем записанные в параметре OF . Этот режим служит для понижения концентрации углекислого газа. Калибровка датчика ВНИМАНИЕ ! Согласно технических характеристик датчика S-300G, один раз в месяц или по необходимости прибору необходимо производить калибровку. Для этого прибор необходимо поместить в эталонную среду с содержанием СО2 400ppm. Таковым является воздух на улице на удалении от возможных источников СО2 (выхлоп вентиляции или продуктов сгорания от различных технологических процессов и т.д.). После помещения прибора в эталонную среду, необходимо подать питающее напряжение на прибор. Прибор включится в сервисном режиме, и будет оставаться в нем 5 секунд. Если за это время зайти в меню прибора, то там будет доступен дополнительный параметр - Cl (калибровка). Необходимо выбрать его (нажав 3 раза Д ) и подтвердить кнопкой И .На индикаторе сначала появятся 0000, а потом цифровые показания с незначащим нулем в старшем разряде. Приблизительно через 15 минут прибор выйдет из состояния калибровки в основной режим (при этом незначащий ноль в старшем разряде пропадет), и после этого будет готов к дальнейшей эксплуатации. Особенности эксплуатации прибора Датчик прибора работоспособен при любом расположении в пространстве. Не рекомендуется крепить датчик к наружным стенам помещений, потому что в условиях высокой влажности и низкой наружной температуры на наружной стенке возможна конденсация влаги. Во всех случаях прибор и датчик необходимо содержать в чистоте и не допускать загрязнение пылью (или грибными спорами, если прибор используется в грибном хозяйстве). Для этого необходимо применять соответствующие фильтры в местах, где это необходимо. Рис. 2. Распайка соединительного кабеля.


Смотрите также