VOC датчик в каждый дом: отслеживаем вредную органику по цене двух чашек кофе
Поскольку я родом из крупного сибирского промышленного города, тема качества воздуха меня беспокоит довольно сильно. Я видел статистику онкобольных и корреляцию с показателями экологического надзора, и решил, что лучше обкладываться датчиками 80 лет, чем прожить 30.
Поэтому, даже переехав в более чистый город, я по привычке (и, надо сказать, не зря) отслеживаю температуру, влажность, мелкодисперсные частицы pm2.5 и содержание CO2, чтобы понимать, когда я просто не хочу работать, а когда — в этом виноват воздух в комнате.
А поскольку, одно из моих хобби — это мелкоэлектронные самоделки, собрать что-то свое для отслеживания среды, в которой я живу, мне хотелось давно. Поэтому, сегодня я покажу, как собрать простой и дешевый датчик летучей органики, который даст понять, если ваша мебель вас медленно отравляет, а проветривать комнату в час пик — не лучшая идея.
Почему важно отслеживать VOC
VOC — это летучая органика. Строго говоря, это вообще любая органика, давление насыщенного пара которой в нормальных условиях достаточно чтобы содержаться в воздухе.
И, несмотря, на то, что технически, апельсиновое эфирное масло — это вполне себе летучая органика, обычно под VOC — понимают нечто вредное. Например, формальдегид, который еще недавно можно было прикупить себе домой в комплекте с дешевой мебелью. В малых дозах он никак не определяется организмом, зато отлично раздражает слизистые, приводит к головной боли, усталости и злокачественным опухолям. Или, например, бензол, который в избытке можно встретить около любой автомагистрали, и который приводит к примерно таким же неприятным последствиям.
И, если вы тоже живете в крупном городе с окнами видом на широкий проспект, то новости не самые приятные.
Каждый раз, когда вы проветриваете комнаты, вместе с кислородом к вам домой может попадать добрый десяток сложных соединений, которые не отслеживаются ни популярными нынче датчиками PM2.5, ни менее привычными CO2 сенсорами.
Изобретаем сенсор
Давайте возьмем кремниевый кристалл и изолируем его плоскую поверхность диоксидом кремния. Сверху разместим нагреватель и термодатчик, а на него — газочувствительный слой из олова или любого другого металлооксидного проводника.
Теперь нагреем датчик до некоторой температуры, чтобы разогретые соединения летучей органики из воздуха оседали на пленке и изменяли ее теплопроводность.
Все это я, конечно же, не изобретал. Все уже изобретено и запатентовано. Сенсоры, использующие в своей работе MOX принцип очень распространены, и, как раз такой вполне подойдет чтобы отслеживать VOC в доме.
Собираем прототип
Чтобы построить наш датчик, определимся с сенсором, который он будет использовать.
После поиска на алиэкспрессе и в магазинах электроники Питера, я остановился на CCS811:
Давайте соберем что-нибудь на ардуинке и, на самом ли деле сенсор так хорош.
Надо сказать, прототип получился в лучших традициях: с кучей соплей, навесного монтажа, быстрых правок прошивки уже после заливания всей схемы термоклеем и плохой 3D-печати. Но свою задачу он худо-бедно выполнил, и показал что датчик действительно хороший.
Он прекрасно реагирует на растворители вроде спиртов, чуть хуже — на толуол и краску и почти не реагирует на изобутан. Что главное — он реагирует на открытое окно в часы пик, то есть подходит чтобы следить за VOC значениями, которые прилетают с улицы.
Не без нюансов
Термостабилизация
Самая главная проблема датчика содержится в принципе его работы. Чтобы разогревать летучую органику, он греется сам. А, поскольку термодатчика в нем нет, его температура перегрева всегда примерно одинакова и без какой-то термостабилизации сенсор начинает показывать скорее свой температурный дрейф, чем что-то полезное.
К счастью для нас, датчик поддерживает внешнюю стабилизацию по температуре и влажности. Он может принимать данные о температуре и влажности, причем в готовом виде, по той же I2C шине. Так что ситуация решается любым дешевым термометром.
DHT11. А почему бы и нет? Нам здесь не нужна какая-то большая точность или стабильность показаний, нам нужно только получать температуру до градуса и влажность до нескольких процентов, чтобы передавать их в газоанализатор. При этом датчик можно купить где угодно и стоит он от 50 до 200 рублей.
Энергопотребление
Вторая проблема датчика — это его чувствительность к питанию, которая тоже вытекает из принципа его работы. В режиме активного измерения значений, он потребляет до 30 мА при напряжении 3.3 вольта. При этом, даже если загнать его в медленный режим, пиковые потребления не только никуда не деваются, а становятся намного более выраженными.
А если вспомнить, что никакого термометра внутри сенсора нет, придется смириться с отсутствием обратной связи по нагреву. То есть, если датчик не смог себя догреть — показания будут ниже, чем нужно. Если перегрел — выше.
В прототипе, от одного и того же стабилизатора 3.3 вольта ардуинки у меня был запитан еще и маленький OLED — экран, и этого уже хватало, чтобы показания были тем ниже, чем больше пикселей экрана светилось.
Поэтому в готовом датчике весь стабилизатор будет отдан датчику, а вместо экрана будем выводить данные в последовательный порт и почитывать их моим умным домом.
Плохо работает в корпусе
Пожалуй, стоило по-другому разместить сенсор в корпусе, потому что отверстий в задней стенке корпуса, которых было достаточно чтобы поддерживать примерно одинаковые температуру и влажность в корпусе и снаружи, для VOC сенсора уже не хватило.
Чтобы сенсор адекватно изменял свои показания и делал это достаточно быстро, корпус для него должен хорошо проветриваться, а сам сенсор не должен быть перекрыт монтажом или креплениями.
Рассчитанные значения CO2 никуда не годятся
Датчик, казалось бы, умеет репортить не только показатели VOC, но и мгновенные значения CO2 в воздухе. Особенность в том, что VOC он действительно измеряет, а уровень углекислоты — рассчитывает по своим формулам, поскольку корреляция между этим показателями действительно есть
В действительности же, это работает крайне плохо: значениям eCO2 можно доверять только при околонулевых значениях летучей органики и нормальных условиях в отсутствии открытых окон и ветра.
Собираем датчик
Итак, сам сенсор работает, если его правильно приготовить.
Пусть новое устройство будет максимально тонким бекендом и просто отдает сырые результаты измерений, которые будут обрабатываться отдельно.
Схема тоже простая и максимально дешевая. Ардуинку, если что, можно заменить на практически любой контроллер с одним-единственным IO портом и реализованной I2C шиной. Я ее выбрал здесь скорее потому, что на ней распаян неплохой понижающий стабилизатор на 3.3 вольта и ее можно прошивать через usb.
Прошивка железки получилась максимально простая и почти никак не использует периферии контроллера. В основном цикле с программной задержкой просто крутится последовательное чтение данных с датчиков и корректировка газоанализатора.
Ссылки на репозиторий с кодом я оставлю ниже, а пока можно собрать весь девайс и посмотреть, как он работает.
Корпус я тоже перемоделировал: вытравить печатную плату мне сейчас нечем, а ждать, пока это сделает JLPCB я не хочу. Поэтому я разместил ардуинку в воздухе на ножках корпуса, а датчики уложил в кроватки и прихватил термоклеем.
Простенький баш-скрипт позволит нам почитать данные и убедиться, что все работает.
Из температуры и влажности, кстати, становится понятно, насколько сильно греется газоанализатор: температура в комнате как минимум на пару градусов ниже, а влажность весной в Петербурге редко опускается ниже 40% даже в квартирах.
После нескольких падений стало понятно, что ничего никуда не отвалится, так что можно накрывать железки крышкой, не забыв сделать в ней хорошую вентиляцию.
Такие отверстия у девайса по всем вертикальным граням, кроме фронтальной, а сзади — их вдвое больше. По идее, это, вместе с компоновкой деталей, должно дать возможность воздуху проходить через корпус максимально свободно, чтобы датчик мог показывать что-то вменяемое.
Запитываем на ардуинке RESET через резистор подтяжки и склеиваем половинки корпуса.
Пишем клиент
Практически все датчики в доме у меня репортят свои данные в Home Assistant через MQTT шину. Этот не должен стать исключением.
Выходит, что здесь нужен простенький клиент, который будет читать данные из последовательного порта, парсить строчку от датчика и паблишить значения в топики MQTT.
Для начала подойдет. Теперь подождем какое-то время и посмотрим, что происходит с воздухом в квартире.
И есть сразу две плохие новости. Во-первых, не стоило проветривать квартиру под вечер, а во-вторых, клиент и график никуда не годятся.
Датчик, пусть и термостабилизированный, выдает мгновенные значения, превращая график в шум, из которого можно оценить, в лучшем, случае, порядок значений.
Кроме того, скрипт на Python не умеет переподключаться к датчику, если его отключить, а делать это поначалу хотелось часто.
Пишем нормальный клиент
Наш новый клиент должен делать две вещи: правильно усреднять значения датчика и быть максимально автономным. То есть, если я вдруг выдерну девайс из порта и отключу MQTT сервер, а потом верну как было, клиент должен продолжить читать данные
Раз уж так получилось, что в последнее время, я использую Scala-стек, то и клиент для датчика будет на нем и классических акторах, которые я давно хотел попробовать
В качестве алгоритма усреднения данных, после пары экспериментов, я выбрал расчет скользящего среднего по последним N измерениям. Это дает возможность быстро видеть изменения показаний, сглаживать график и практически исключать влияние выбросов, хотя и не является робастной.
Для того, чтобы клиент был максимально жизнеспособным, научим его переподключаться к порту и очереди, а все что можно — завернем в особоустойчивый ретрай.
Клиент можно собрать в jar — пакет, завернуть в systemcml и развернуть на домашнем сервере, правильно настроив ему конфиг.
Время взглянуть на графики
Подождем еще пару дней чтобы набрать новых значений и посмотрим, во что превратился наш график после усреднения значений.
Здесь отлично видно, что в половину третьего ночи датчик отреагировал на клей для 3D принтера, который стоит в нескольких метрах, а к утру — на просыпающийся город.
Реакция на клей для принтера, а если точнее, на растворитель в нем, более детально. При этом, производитель на голубом глазу гарантирует безопасность. Пожалуй, перейду на карандашный клей.
И, наверное, начну открывать окна перед тем как открывать банку с изопропиловым спиртом. Впрочем, датчик говорит, что выветривается он так же быстро, как и появляется.
А это коротко о безопасности домашней 3D печати. Если на PLA, PETS и SBS датчик не отреагировал практически никак, то от попытки попечатать ABS без принудительной вентиляции количество органики выросло до совсем уж нездоровых значений.
Проветривание здорового человека. Отлично видно, как упало значение VOC. Примерно так же отреагировал и отдельный датчик углекислоты, который стоит у меня уже давно.
А на этом графике можно наблюдать, как в городе изменился ветер и дунул с залива, да так, что чуть не унес меня, вместе со всей остальной органикой.
Проверяем правильность показаний
Для начала, убедимся, что наш датчик действительно термостабилизированный. Поскольку, я отслеживаю температуру во всех комнатах, несложно завести еще один виджет в Home Assistant, на котором поискать зависимости графиков температуры и VOC.
При примерно одной и той же температуре, значение VOC выросло почти вдвое. Впрочем, это как раз ничего не доказывает: температурного дрейфа тут и быть не могло. Давайте поищем что-нибудь более явное.
К слову сказать, такой график можно видеть практически каждый вечер: выхлопных газов больше, солнечного тепла меньше. Грустно, но температурного дрейфа здесь тоже нет. Поищем что-нибудь еще.
А здесь наоборот, типичная картина для середины дня: транспорта вокруг меньше, а солнце как раз входит в свой зенит.
Калибровка датчика
Поскольку датчик ничего не знает о референсных значениях, его автоматическая ежедневная калибровка состоит в обновлении бейзлайна по нижнему значению.
Это подходит для большинства сценариев домашнего использования, но, поскольку, калибровочное значение сбрасывается после перезагрузки, иногда можно видеть такую картину.
Здесь произошло сразу две вещи: сброс бейзлайна и остывание датчика, которому потребовалось какое-то время на то, чтобы снова разогреться до рабочей температуры.
Начинать верить показаниям сенсора, если ориентироваться на сравнении расчитанного им CO2 и точно известным значением от другого датчика, можно через несколько часов непрерывной работы, а на то, чтобы откалиброваться полностью, датчику требуется чуть больше суток.
Для меня, у которого этот датчик работает всегда, это совершенно нормально, но в прошивке несложно добавить ручную калибровку, подобно тому, как это сделано для термостабилизации.
После того, как датчик самостоятельно откалибровался, его показания не будут меняться без изменения окружающей среды.
Стоимость
Я обещал хороший датчик VOC по цене двух чашек кофе. В его качестве можно не сомневаться после всех графиков выше, так что теперь посчитаем стоимость компонентов:
Сенсор температуры и влажности DHT11 — 54 рубля: https://aliexpress.ru/item/32769460765.html
12 грамм пластика, которые потребуются для корпуса — чуть больше 10 рублей
Прошивка и клиент — бесценны под MIT лицензией.
Итого вышло 812 рублей, что чуть-чуть дешевле, чем два стакана Декаф Ванильный Латте Миндальное Венти из старбакса по цене 420 рублей за чашку. На оставшиеся деньги можно как раз купить МГТФ кабель и подтягивающий резистор для датчика влажности.
За эти деньги можно, чутка поработав паяльником, получить хороший рабочий датчик летучей органики, который будет привлекать внимание не только к новой мебели, но и к тому, из чего она сделана.
Качество воздуха в квартире
Купил осенью приборчик, весьма точно измеряющий основные параметры воздуха в помещении, поделюсь зимними наблюдениями.
1. Параметр "CO2",
или "надышали тут, черти, проветрите!". Это содержание в воздухе углекислого газа, который является выхлопом Блуждающих Биороботов, то есть нас.
Этот параметр, собственно, и сподвиг меня купить приборчик. Почему-то мне было крайне интересно, насколько быстро мы надышиваем, и насколько быстро это проветривается. Чтобы зимой не устраивать лишний раз сквозняк.
Параметр измеряется в "ppm" (миллионная доля). По мнению производителя приборчика, расклад таков:
В доиндустриальные времена на планете был фон около 300 ppm, сейчас фон уже 400 ppm.
Когда люди в своих клетушках надышивают более 1000 ppm, становятся сонливыми. Более 5000 ppm — уже риск склеить ласты, при 10000 ppm Морфей передаст клиента Харону в течение часа.
Мои наблюдения: недолгим но мощным проветриванием можно снизить показатель до 500 ppm, и затем удерживать в пределах не более 800 ppm при наличии хорошего постоянного микропроветривания (когда от окна явно веет свежестью). Если же, боясь сквозняков, плотно закрыть окно, то парочка биороботов нагоняют за пару часиков выхлопов до 1500 ppm. Вроде бы, это ещё "зелёная зона", но википедия не советует заниматься чем-то в такой обстановке, ибо томно и вяло.
2. Параметр "RH",
относительная влажность, в процентах.
Я знал, что зимой с ней в квартирах проблема, но не подозревал, что настолько.
Вообще, параметр тесно связан с температурой, и производитель приборчика выделил такой "островок", в котором сочетание температуры и влажности считается комфортным:
Точка — это моё текущее значение. Как видите, мне всего один шажок вниз, и я выйду из зоны комфорта 🙂
Дык, оказалось, что зимой мы частенько вываливаемся из этой зоны. При морозах -15 и ниже, в уличном воздухе влага уже вся выпала снегом, и этот сухой воздух, приплыв в квартиру, сухо нагревается сухими батареями, сухо оставаясь сухим. и, сухо покашливая, мы протираем пересохшие глаза, чтобы узреть на приборчике жалкие 15% влажности. Это "красный" (тревожный) уровень по версии приборчика. Вывешивание мокрого полотенца помогает на несколько часов загнать точку обратно на остров (поднять влажность до 25..30%), но по мнению приборчика это всё ещё "жёлтый" уровень.
"Зелёным" параметр становится где-то в районе 40%, но за всю зиму я такое наблюдал лишь единожды, когда варил три часа сгущёнку была оттепель и туман.
В общем, масштаб трагедии меня впечатлил, буду покупать увлажнитель.
3. Параметр "PM2.5".
Имеет весьма страшное описание: это содержание в воздухе сверхмелких частиц, настолько мелких (менее 2.5 микрометров), что они не задерживаются ни ноздревыми волосьями, ни внутрилёгочной мокротой, а стремительно проникают прямо в кровь, неся отравление и печаль.
Но, с точными значениями печали учёные ещё не определились, например в приборчике можно переключиться между двумя стандартами, имеющими разный расклад по печали.
Впечатляет разница, да? Я выбрал строгий американский стандарт. Вот результаты наблюдений:
Значения обычно зелёные, но часто желтят. Иногда желтят при проветривании — видимо, с улицы приплывает сажа автомобильных выхлопов.
Значение краснеет, если жарить еду. А если масло на сковороде чуть подгорело, то легко достигается высший уровень опасности (гениальные программисты зачем-то присвоили высшему уровню опасности тёмно-бурый цвет, который вовсе не привлекает внимание на индикаторе приборчика, а должен бы). Поначалу я пугался, распахивал окна. потом попривык. Если это так опасно, то в артели, жарящей весь день напролёт хамсу на рыбном рынке в Батуми, должна быть высокая текучка кадров. Но, судя по виртуозности жарильщиц, они там работают долго, при этом веселы и румяны.
Но, конечно, если этот параметр побуреет когда мы сами ничего не жарим — это будет повод побеспокоиться, явно с улицы пришло облако подленькой невидимой взвеси. Вот только, весьма смутно представляю, что именно делать в таком случае. Наверное, нужно будет снова намочить полотенчик и размахивать им, ведь он, по заветам Дугласа Адамса, является самым универсальным предметом-помощником.
Да, кстати, я не проверял на табачном дыме, сажи там вроде как тоже немало.
4. Параметр "tVOC".
Количество летучих органических веществ.
Самый непонятный параметр, ибо органика везде, как же без неё. Среди множества источников таких летучих бед упоминаются выделения из мебельного массива и пластмасс — вот эту хрень конечно полезно в квартире мониторить.
Мои наблюдения: значение плавает, обычно зелёное, иногда желтеет.
Особой связи с проветриванием не заметно. Реагирует на пары спирта.
Что делать если параметр зашкалит? Видимо, снова намочить полотенчик (холодной водой) и положить на лоб, чтобы снять жуткое похмелье, тяжёлый выхлоп которого уловил приборчик.
Ну или проверить, плотно ли закрыты флакончики с духами и ацетонами.
Ну или включить радио, не объявлена ли химическая тревога.
Итак, понаблюдал я долгое время перемигивание индикаторов.
Так и что в итоге?
В итоге, я убедился, что:
— Микропроветривание нужно, иначе придётся проветривать каждые два часа;
— Зимой нужно старательно увлажнять воздух;
— Излишне интенсивное проветривание может принести избыток гадостей с улицы, иногда лучше оставить подольше "свою атмосферу", в ней хотя бы сажи нет;
— Жарить еду лучше под мощной вытяжкой;
— Научные "нормы загрязнения" — вещь весьма условная, но индустриализация таки немало подгадила, особенно в Китае — зато благодаря ей нам стали доступны бытовые приборчики, которые позволяют полюбоваться, насколько именно подгадила.
Вот такой набор банальностей.
Но это лично проверенные и одобренные банальности!
Полное разочарование в увлажнителях воздуха.
Как я писал, зимой в комнате влажность где-то 15..20%, а должна быть хотя-бы 40%.
Купил-таки ультразвуковой увлажнитель, 100мл/час.
Включил у окна, оставив только самое минимальное микропроветривание. Дверь закрыл. Слежу за приборами в другом краю комнаты.
И что, дал он вожделенную влажность, да? Два!
Целых 2 (два, two, iki) процента, блин.
Прав был @flicker581 со своими расчётами:
#comment_193687849
Типовой ультразвуковой увлажнитель не даст желаемой влажности.
Нет от него ожидаемого эффекта. Зато есть яркий побочный эффект:
Всплеск содержания в воздухе сверхмелких частиц PM2.5. Всплеск до заоблачных, «опасных» значений, даже подгоревшее при жарке масло не давало настолько сильного всплеска. Видимо, это как раз те самые соли и примеси из воды, которые ультразвуковой излучатель дробит и выбрасывает в воздух вместе с микрокаплями воды. Вода-то испарится, а эта хрень продолжит летать, оседая в лёгких и белым налётом на мебели. Если это только соли, то вроде как не беда, они же растворимы. В конце концов, сидя около моря мы такую же соляную взвесь вдыхаем с радостью и считаем полезной. Но что если кроме солей там есть какие-то нехорошие примеси, которые обычно оседают в воде осадком?
Получилось наглядное объяснение, почему в ультразвуковой увлажнитель рекомендуется заливать очень хорошо отфильтрованную (в идеале — дистиллированную) воду.
Так что же, выхода нет?
Выход есть. Нас снова выручит Полотенчик!
Кстати, 25 мая его день, «Towel Day».
Так вот, большой махровый полотенец вмещает и удерживает в себе около литра воды. Будучи вывешенным в сухой комнате, высыхает за пару-тройку часов. То есть, его производительность в несколько раз выше чем у увлажнителя. Приборчик не даст соврать — полотенец гарантированно даёт прибавку влажности 10%, даже если дверь в комнату открыта и микропроветривание поддувает. Значит, пара полотенец решают зимнюю проблему влажности полностью. И никаких побочных эффектов.
Кстати, в инструкции к увлажнителю приведены расчёты, красиво доказывающие, что увлажнитель зимой за два с половиной часа повысит влажность аж до 60%!
Вот они, как пример несостоятельности идеализированных расчётов:
Исходные данные: комната 12 кв.м. (т.е. 30 кубометров воздуха), на улице -10°C, дома 20°C.
С улицы пришла влага 1.9 г/кубометр, а должно быть 10.4 г/кубометр, чтобы была комфортная влажность 60%, то есть нужно в воздух добавить (10.4-1.9)*30 = 255 грамм воды. То есть, за 2.5 часа увлажнитель якобы поднимет влажность до 60%.
увлажнитель вообще вещь, без него зимой сплю и на утро будто в пустыне с бодуна. В горле пересохло, язык как нождачка, нос сухой. Щас припер домой в спальню, поливает всю ночь, даже спать и вставать гораздо легче, тем более у горяченной батареи спим
Что бы не проветривать, можно поставить бризер или рекуператор.
А что за приборчик? Я смотрел разные варианты, но никак не выберу.
Продолжение поста «Качество воздуха в квартире»
Полное разочарование в увлажнителях воздуха.
Как я писал, зимой в комнате влажность где-то 15..20%, а должна быть хотя-бы 40%.
Купил-таки ультразвуковой увлажнитель, 100мл/час.
Включил у окна, оставив только самое минимальное микропроветривание. Дверь закрыл. Слежу за приборами в другом краю комнаты.
И что, дал он вожделенную влажность, да? Два!
Целых 2 (два, two, iki) процента, блин.
Прав был @flicker581 со своими расчётами:
#comment_193687849
Типовой ультразвуковой увлажнитель не даст желаемой влажности.
Нет от него ожидаемого эффекта. Зато есть яркий побочный эффект:
Всплеск содержания в воздухе сверхмелких частиц PM2.5. Всплеск до заоблачных, «опасных» значений, даже подгоревшее при жарке масло не давало настолько сильного всплеска. Видимо, это как раз те самые соли и примеси из воды, которые ультразвуковой излучатель дробит и выбрасывает в воздух вместе с микрокаплями воды. Вода-то испарится, а эта хрень продолжит летать, оседая в лёгких и белым налётом на мебели. Если это только соли, то вроде как не беда, они же растворимы. В конце концов, сидя около моря мы такую же соляную взвесь вдыхаем с радостью и считаем полезной. Но что если кроме солей там есть какие-то нехорошие примеси, которые обычно оседают в воде осадком?
Получилось наглядное объяснение, почему в ультразвуковой увлажнитель рекомендуется заливать очень хорошо отфильтрованную (в идеале — дистиллированную) воду.
Так что же, выхода нет?
Выход есть. Нас снова выручит Полотенчик!
Кстати, 25 мая его день, «Towel Day».
Так вот, большой махровый полотенец вмещает и удерживает в себе около литра воды. Будучи вывешенным в сухой комнате, высыхает за пару-тройку часов. То есть, его производительность в несколько раз выше чем у увлажнителя. Приборчик не даст соврать — полотенец гарантированно даёт прибавку влажности 10%, даже если дверь в комнату открыта и микропроветривание поддувает. Значит, пара полотенец решают зимнюю проблему влажности полностью. И никаких побочных эффектов.
Кстати, в инструкции к увлажнителю приведены расчёты, красиво доказывающие, что увлажнитель зимой за два с половиной часа повысит влажность аж до 60%!
Вот они, как пример несостоятельности идеализированных расчётов:
Исходные данные: комната 12 кв.м. (т.е. 30 кубометров воздуха), на улице -10°C, дома 20°C.
С улицы пришла влага 1.9 г/кубометр, а должно быть 10.4 г/кубометр, чтобы была комфортная влажность 60%, то есть нужно в воздух добавить (10.4-1.9)*30 = 255 грамм воды. То есть, за 2.5 часа увлажнитель якобы поднимет влажность до 60%.
Руки по швам!
Текст мой, картинка с просторов. Писала утром, но из-за рейтинга не вышло разместить оперативно.
Спасибо строителям за тонкие стены.
Живёт у нас по соседству бабушка. Бывшая секретарь какой-то партии. Бабушке, не соврать, под 90 лет, если даже не столько.
За окном морозно, но небо чистое, голубое, солнце светит, синички пищат на балконе, дразнят кота, кот нервничает, собака нервничает ещё больше. Больше не нервничает никто.
Слышу, из-за стены знакомый голос родом из времён союза. И мелодию. Звуки утренней зарядки. Подошла ближе к стене, смежной с комнатой бабушки. Точно, не ошиблась. И звук, такое ощущение, что исходит не из телевизора, или компьютера, а такой, тот самый, советский, из приёмника. Возможно, просто аудиозапись на кассете.
Что хочу сказать. Бабуле под 90, выглядит всегда отлично, стрижка, помада, серьги, пальто, брюки, летом платья, сарафаны. Дома идеально чисто (пили чай по случаю). Всегда поздравляем друг друга с праздниками, если нужна помощь, всегда помогаем друг другу.
Так вот. Не важно, какое время года, погода, бабушка по выходным ходит гулять с подругами. В кино, театр, на улицу, ездят в другие районы, и так далее. Дома занимается цветами, вышивкой, собирает паззлы.
Но это не всё. Живёт одна. Родные далеко где-то, куда она, собственно каждое лето ездит на поезде. Ехать почти неделю до них.
Бабушка берет на некоторых выходных детей подростков из детского дома или интерната. Ходит туда с подарками, организовывает досуг подопечных.
Мыслит ясно, соображает быстро, считает в уме на раз два, в магазине без чека суммирует сумму покупки и помнит все цены товаров.
Она не сидит дома у телевизора, не ругает правительство, не жалуется на пенсию, очереди, врачей. Не собирает сплетни у подъезда, и.
Скорее всего, именно по этим всем причинам, бабушка в свои годы даст фору любому из нас.
Мониторы качества воздуха: следим за окружающей атмосферой с помощью гаджетов
Мониторы качества воздуха помогают нам следить за окружающим воздухом, контролируя допустимую концентрацию СО2 и других веществ в окружающем воздухе, в том числе детектируя частицы пыли. Встроенные газоанализаторы помогают вовремя распознать утечки или повышение содержания опасных веществ. Анализ всех показателей и сводный индекс помогают быстро оценить ситуацию и принять решение — проветривать, кондиционировать и т.п. Эти умные гаджеты сейчас на страже вашего здоровья. Особенно помогут они, если дома маленький ребенок или в офисе, где находится множество людей, и необходимо контролировать состояние воздуха в помещении.
Мониторов для анализа качества воздуха существует великое множество. Они отличаются функционалом — различными встроенным датчиками, а также дополнительными функциями (автономная работа, сбор статистики, подключение к смартфону и т.д.). Обзор на один из таких уже был на сайте — это портативный монитор качества воздуха Atmotube. Отличия моделей описаны в отдельной статье "Выбираем монитор-детектор качества воздуха (PM2.5, CO2, TVOC, HCHO)". Ну а сегодня речь пойдет про интересную и недорогую троицу — мониторы-анализаторы Dadget ATMO.
Начну с общей информации.
Монитор качества воздуха — это устройство, которое обеспечивает измерение взвешенных в воздухе частиц PM1.0, PM2.5 и PM10 с помощью лазерного датчика, а также производит газоанализ на частицы формальдегида (HCHO) и других органических летучих веществ (ЛОС/VOC). Практически все подобные мониторы имеют встроенные сенсоры газа СО2 (реже СО), и базовые измерения температуры и влажности. Совокупный параметр суммы всех показателей называется индексом качества воздуха. Чем чище воздух и чем температура и влажность приближены к нормальным, тем комфортнее находиться в помещении.
| Характеристики устройств | |||
| Модель | ATMO 3 | ATMO 7 | ATMO 8 |
| Тип | настольный монитор качества воздуха | портативный монитор качества воздуха | настольный монитор качества воздуха |
| Количество датчиков: | T/H, CO2 | PM2.5, T/H, TVOC (ЛОС), НСНО | PM2.5, T/H, TVOC (ЛОС), CO2, НСНО |
| Дисплей | 4,3", LCD | 5", OLED | 4,3", LCD |
| Сводный индекс | Нет | Нет | Да |
| Встроенный аккумулятор: | 3000 мАч | 2000 мАч | 3000 мАч |
| Калибровка | Нет | Да | Да |
Что касается вообще такого класса устройств, как мониторы качества воздуха — то это приборы, которые стремительно вошли в нашу жизнь и стали незаменимыми в динамичном городе, офисе или просто дома. Монитор качества воздуха помогает вам понять критичные рамки и допустимые изменения в окружающей атмосфере. Особенно актуальна проблема чистого воздуха для людей с аллергией, а также для детей. Если у вас имеется подобное устройство под рукой, то всегда есть возможность выявить источники проблем с воздухом: редкое проветривание в офисе, курящий сосед по балкону, чадящие автомобили на проспекте рядом. Решать проблемы можно различными способами, например, в офисе просто почаще проветривать помещение. Кондиционер в такой ситуации спасет от жары, но не прибавит вам кислорода в помещении. В некоторых случаях выручает приточная вентиляция с фильтрацией и рекуперацией. Чистый и свежий воздух оказывает колоссальное влияние на производительность мозговой деятельности.
Привожу цитату из предыдущего обзора про неплохой автономный монитор качества воздуха Honeywell HAQ — справка по типам обнаруживаемых проблем в воздухе:
1) Т/Н – индекс соотношения температуры и влажности, который рассчитывается по показаниям температуры и влажности соответственно. Для жилых и офисных помещений важно, чтобы этот показатель был в разумных пределах, иначе дискомфорт будет не только для человека, но и для животных, растений, даже банально, для мебели (излишняя сухость или избыток влаги). Низкая влажность крайне заметна зимой в помещениях с отоплением, а условия с переизбытком влажности благоприятны для развития плесени, что может иметь печальные последствия. Как минимум, нужно знать про состояние окружающего воздуха и понимать причины изменения его состава. В основном, большая часть таких проблем решается регулярным проветриванием или установкой увлажнителя.
2) PM2.5 –показатель наличия в воздухе взвеси твердых частиц (пыль и т.п.), размером менее 2.5 микрон (0.0025 мм). Сюда относится уличная пыль, продукты горения (например, сажа от старых дизельных автомобилей), частицы сигаретного дыма, и прочие проблемы. Решается фильтрацией воздуха с улицы, устранением внутренних причин (например, на производстве). Одна из самых актуальных проблем в крупных городах, в спальных районах, расположенных вблизи оживленных магистралей и так далее. Обилие летающих частиц вызывают аллергические приступы, раздражения, различные легочные неприятности.
3) НСНО — сводный показатель частиц соединений формальдегида. Это важный параметр, так как превышение концентрации формальдегида вредно как для человека, так и для животных. Источником вредных соединений, банально, может стать дешевая корпусная мебель из ДСП. Берегите детей, формальдегид может вызывать раздражение слизистых оболочек, органов дыхания и вызывать аллергические реакции.
4) CO2 — индекс содержания углекислого газа в воздухе. Показательная величина для жилых и офисных помещений. Не забывайте регулярно проветривать, поддерживая оптимальное значение СО2, иначе может ухудшаться самочувствие, снижаться производительность деятельности. В маленьком помещении с большим количеством людей показатель СО2 растет на глазах.
5) TVOC — данный показатель отражает индекс наличия ЛОС (Летучих органических соединений, VOC) в окружающем воздухе. Как правило, значение TVOC увеличивается, если рядом находится источник: причиной увеличения TVOC может стать, например, сигаретный дым, приготовление пищи на кухне, бытовые и строительные аэрозоли, краски, растворители, бытовой газ и прочая летучая «химия». Не стоит доводить этот показатель до критических значений — постарайтесь своевременно проветривать или обеспечивать вытяжную вентиляцию. Если речь идет про конкретные мероприятия, например, окраска помещений, то старайтесь использовать средства индивидуальной защиты, такие как респираторы. Превышение допустимых значений может привести к резкому ухудшению самочувствия.
6) Сводный показатель IQ – это метрика «пригодности» окружающего воздуха, по 100-балльной шкале.
Начну, пожалуй, с базовой модели ATMO — это компактный настольный монитор температуры ATMO 3, влажности, который, в том числе, показывает концентрацию СО2 в окружающем воздухе. Устройство достаточно простое, удобное для ежедневного применения. Из особенностей выделю большой яркий дисплей с отображением основной информации. Встроенный аккумулятор 3000мАч.
В большой стильной коробке находится инструкция, а также зарядный кабель.
Инструкция на русском языке, присутствуют основные понятия, базовая информация и руководство. Электронный вариант инструкции доступен по ссылке.
Фотографии внешнего вида монитора ATMO 3. Корпус выполнен в виде вертикальной стойки с большим вытянутым дисплеем. Сенсоры и слот для зарядки расположены на задней части корпуса.
Дисплей большой, с приличным углами обзора. Отображается текущая дата и время, а также уровень заряда встроенной батареи. В центре дисплея расположен крупный индикатор уровня СО2 (ppm), чуть ниже в две строчки расположены данные текущей температуры и влажности. Рекомендуемые значения СО2: 400-800 нормально, 800-1200 повышенный уровень СО2, выше 1200 предельная концентрация. В качестве сенсора используется высокоточный NDIR элемент.
На нижней стороне расположены антискользящие ножки, а также шильдик с моделью и артикулом устройства.
Далее следует интересная модель ATMO 7 – портативный монитор температуры, влажности, газов и микрочастиц в воздухе, который выполнен в виде автономного компактного устройства с аккумулятором, белым овальным корпусом, и контрастным OLED дисплеем.Встроенный аккумулятор 2000мАч.
Комплектация аналогичная предыдущему гаджету — русскоязычная инструкция, а также зарядный кабель.
Рекомендую ознакомиться с инструкцией, особенно с разделом про калибровку монитора.
Внешний вид у гаджета неплохой и впишется в любой дизайн помещения. Задняя поверхность выполнена с перфорацией для прохождения воздуха (за панелью расположены сенсоры), в верхней части расположены кнопки. Работает автономно до 5 часов, можно подзаряжать или постоянно запитывать от USB источника.
Дисплей высококонтрастный, выполнен в символьном дизайне. Группами расположена индикация сенсоров PM2.5, PM1.0, PM10, чуть выше показания TVOC/HCHO, справа блок — температура и влажность. Слева вверху — час и индикатор заряда батареи.
На нижней части — ножки с силиконовым накладками, наклейка с параметрами и моделью прибора.
Если сравнивать ATMO 7 и ATMO 3, то ATMO 7 смотрится интереснее, особенно с учетом его стоимости. Правда в этом случае придется пожертвовать измерениями СО2.
Третья модель в линейке ATMO — это топовая модель ATMO 8. Дизайн этого монитора напоминает младшую версию (ATMO 3), но добавлены дополнительные сенсоры (PM2.5, HCHO, TVOC). В отличие от модели ATMO 7 здесь в наличии сенсор СО2, а также присутствуют сводные графики и общий индекс качества воздуха.
В комплекте также находится русскоязычная инструкция и кабель для зарядки.
В этом модели емкость аккумулятора составляет 2000, как и в ATMO 3. Гаджет способен работать несколько часов автономно, но обычно, в помещении, его устанавливают для питания стационарно от источника USB.
Дизайн монитора интереснее чем у ATMO 3. В верхней части отображаются основные показания, которые можно менять (кнопками-стрелочками на обороте), в центре графически цветами приведен сводный индекс качества, чуть ниже — перечень показаний всех сенсоров монитора.
На обратной стороне расположены кнопки управления, чуть ниже — решетка для протока воздуха для сенсоров. В подошве расположено гнездо MicroUSB.
Углы обзора приличные, яркость экрана достаточная для того, чтобы расположить гаджет в удобном месте в помещении дома или в офисе.
Для контроля СО2 используется высокоточный NDIR датчик. Для обнаружения РМ-частиц используется высокочастотный лазерный сенсор. Показания HCHO дает электрохимический датчик, а для TVOC — полупроводниковый датчик.
Подошва также имеет нескользящие ножки и наклейку с номером изделия.
Мониторы качества воздуха ATMO 7 и ATMO 8 — одни из самых продвинутых на сегодняшний день устройств для контроля воздуха, которым мы дышим. Зачастую эти мониторы сравнивают с похожим устройством от Xiaomi (Монитор Xiaomi H2.5). Основная проблема Xiaomi — отсутствие возможности замеров данных HCHP (Формальдегида), TVOC (Летучие соединения), а также отсутствие сводных индексов Т/Н и суммарного индекса качества воздуха.
На фотографии пример не сильно комфортных условий — повышенные влажность и температура. Требуется проветривание.
Монитор ATMO 7 показывает некоторую запыленность (индикаторы мелких частиц РМ), а также повышенную влажность и наличие летучих органических соединений. Определенно требуется свежий воздух.
А в этой ситуации нужно бить тревогу. На фотографиях примеры сильной загазованности. В этом случае необходимо сразу открыть окно, и установить источник загрязнения воздуха. Выделять формальдегид может ДСП при нагреве или просто новая мебель. В качестве источника ЛОС может быть все, что угодно, в том числе различные аэрозоли. Не забывайте и про бытовые источники опасности — газовое оборудование (плита, варочная поверхность, духовой шкаф, колонка и т.д.).
Модель ATMO 8 отображает графики изменения показаний по времени. Достаточно удобно для мониторинга ситуации.
Модель ATMO 7 опять показывает, что пора проветривать помещение. Установите подобный в офисе, и сразу отпадут различные споры. На основании объективный показаний прибора можно выбирать интервалы проветривания. На мой взгляд — крайне полезно.
А это уже интереснее. Для сравнения показаний я вынес мониторы на открытый чистый воздух — в Березовую рощу. Тут точно нет загрязнений HCHO и TVOC. Кстати, в режиме автономной работы (без подключенного источника питания) мониторы работают более 5 часов непрерывно от встроенного аккумулятора.
Обратите внимание на нулевые значения частиц PM в воздухе, а также на отсутствие загрязнений HCHO и TVOC, температура и влажность в норме, а вот уровень СО2 — наиболее комфортный для дыхания.
Вот к таким показаниям и необходимо стремиться. Тем более, что базовый контроль качества воздуха сейчас доступен каждому! Модель ATMO 3 подойдет для нетребовательного пользователя, следящего за концентрацией углекислого газа в помещении, а вот модели ATMO 7 и ATMO 8 — это настоящие лаборатории в компактном корпусе. Они имеют множество встроенных сенсоров и обеспечивают непрерывный мониторинг атмосферы в помещении. ATMO 8 отображает сводный индекс качества воздуха, что дает возможность быстро оценивать ситуацию. Вся линейка доступна для заказа, а по промокоду АТМО сейчас действует скидка на 10%.
Предложение хорошее, но не забывайте, что все точные приборы требуют калибровки. При получении постарайтесь изучить инструкцию и сравнить показания в помещении и на чистом воздухе на улице. И тогда воздух в вашем помещении будет под контролем!
Обзор датчика качества воздуха CCS811, CO2, TVOC
В этой статье расскажу о датчике CCS811, данный датчик представляет собой газовый сенсор, с помощью которого можно осуществить мониторинг качества воздуха в помещение.
Технические параметры:
► Диапазон измеряемой концентрации eCO2: 400…8192 ppm;
► Диапазон измеряемых величин TVOC: 0…1187 ppb;
► Диапазон рабочих температур: -40…+85 °C;
► Интерфейс: I2C (400 кГц);
► Напряжение питания: 1,8…3,3 В;
► Период опроса: 0,25/ 1/10/ 60 с;
► Потребляемая мощность (1,8 В): 0,034 мВт (Mode 0); 46 мВт (Mode 1 и 4); 7 мВт (Mode 2); 1,2 мВт (Mode 3);
► Габариты: 14 х 20 x 3 мм;
► Вес: 1 грамм.
Описание датчика качества воздуха CCS811
Модуль собран на небольшой плате, габариты которой всего 14 мм на 20 мм. В центр установлен датчик CCS811 (производитель AMS) в корпусе LGA, 2.7 x 4.0 мм, так же, на модуле установлена минимальная обвязка, такие как резисторы для подтяжки шины I2C, конденсаторы и так далее.
Теперь расскажу о самом чипе CCS811, состоит он из двух основных блоков: датчика MOX (Metal Oxide Semiconductor) и микроконтроллера (MCU), который в свою очередь содержит АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и интерфейс I2C. Данный датчик способен измерять TVOC (уровень загрязнения атмосферного воздуха) в диапазоне в диапазоне 0…1187 ppb и eCO2 (концентрация углекислого газа в диапазоне 400…8192 ppm.
Что такое TVOC:
Аббревиатура TVOC (VOC) volatile organic compounds показывает сколько летучих органических веществ в воздухе, выделяемые из новых продуктов и строительных материалов (ковры, мебель, краски и растворители, а также чистящие средства. По сути, это быстрый способ оценки качества воздуха в помещении, на рисунке ниже приведен некоторые уровни TVOC и рекомендации к ним.
Назначение контактов:
► Vcc — Источник питания для модуля, 3.3В;
► GND — Заземление модуля;
► SCL — Последовательная тактовая линия, используемая для обеспечения тактового импульса для связи;
► SDA — Последовательный адрес данных, используемый для передачи данных через связь;
► WAK — активный низкий уровень;
► INT — Прерывание, активный низкий уровень;
► RST — Сброс, активный низкий уровень;
► ADD — Выбор адреса устройства (к одной линии I2C можно подключить два CCS811),
Подключение датчика качества воздуха CCS811, CO2, TVOC
Необходимые детали:
► Контроллер NodeMCU v.2 (ESP8266) x 1 шт.
► Датчик качества воздуха CCS811, CO2, TVOC x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
► Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.
Подключение:
Чтобы подключить модуль CCS811 с NodeMCU, необходимо пять проводов. Первым делом подключаем вывод 3.3 В модуля CCS811 к выводу 3.3 В NodeMCU и GND к выводу GND NodeMCU, затем подключаем выводы шину I2C, SDA к выводу D2 и SCL к выводу D1 платы NodeMCU, последним подключаем вывод WAK к GND. Для удобства, приведу схему подключения ниже.
Установка библиотек:
Для работы с датчиком CCS811 необходимо установить библиотеку «SparkFun CCS811 Arduino library», для этого перейдите в Скетч —> Подключить библиотеку —> Управление библиотеками.
В строке поиска введите «CCS811», найдите библиотеку «SparkFun CCS811 Arduino library» и установите данную библиотеку.
Так же, не забываем что необходимо установить NodeMCU в среду разработки Arduino IDE, для этого воспользуйтесь этой статьей. После установки библиотек перезапустите, среду разработки Arduino IDE.
Программа:
Теперь, у нас все готово, копируем скетч в Arduino IDE или скачайте готовый файл и загружаем его в NodeMCU, незабываем указать свои данные сети.