二酸化炭素濃度監視
2023.12.25
YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。
大寒波が襲来している中、石油ストーブの使用も長時間になりがちです。
そこで気になるのが酸欠です。室内の二酸化炭素濃度を監視して適度に換気するようにしましょう。
今回は室内の二酸化炭素濃度を測定・表示するとともに、基準値を超えた際にはメロディーを鳴らして通知することにしました。
厚生労働省・建築物環境衛生管理基準によると、二酸化炭素の含有率は1000ppm以下、室内温度18℃以上28℃以下、相対湿度40％以上70％以下とされています。
厚生労働省 - 空気環境の調整
●CCS811搭載 空気品質センサモジュール
二酸化炭素相当物（eCO2） および金属酸化物（MOX）レベルを含む、総揮発性有機化合物（TVOC）を感知するデジタルガスセンサモジュールです。TVOCは、一般に汚染物質や刺激物として分類され、建設資材（ペンキ塗料、カーペット等）などや、コピー機や加工機械、またはヒト（呼気やタバコ等）からも発生します。
CCS811搭載 空気品質センサモジュール
データシート（CCS811）
Arduinoライブラリ
●Hardware Overview
●Pin Assignment
●WeMos D1 Mini V3.0
MCUに80MHzのESP-8266EX、4MBのSPI FLASH、80KBのRAM、オンボードWiFiと非常にコスパに優れていて、日本ではあまり知られていませんが海外では人気のボードです。
空気品質センサモジュールから二酸化炭素濃度を取得して規定値を超えた際に警告音を鳴らすだけなら、ATTiny85のようなAVRマイコンでも構わないのですが、
今回は二酸化炭素濃度をOLEDに表示し、使用するフォント情報はFLASHに配置しているため、このボードを利用しました。
LOLIN D1 mini v3.1.0
●Melody Card
警告音にはメロディーカードに内蔵されているメロディICを使用しました。
ボタン電池駆動で独立した回路として実装できます。
DAISO メロディーカード 110円
メロディーカードの袋を破って中身を取り出しました。
圧電素子はアルミ製ではんだが載りづらいので、別途圧電サウンダを使いました。
プッシュボタンの代わりにフォトカプラを使用して、センサー回路と連携させます。
メロディーICが載った基板にヘッダーピンを半田付けして使います。
●圧電スピーカー（圧電サウンダ）PKHPS0013E4000-A2
メロディーカードの圧電素子はアルミ製ではんだ付けが難しいので、秋月電子で販売されている圧電スピーカーを用いました。
村田製作所独自の周波数コントロール技術により、小型サイズにも関わらず、従来の中～大型サイズのサウンダと同等の音圧レベルが達成できるため、音圧レベルを下げずに部品の小型化が可能になります。小型、高音圧により基板スペースの削減、聴き取りやすい音を実現しています。
・駆動方式：圧電型
・励磁：他励磁
・音圧レベル：83dBAmin(±1.5Vo-p、4.0kHz、矩形波、10cm)
・静電容量：6500pF
・最大入力：±15.0Vo-p
・寸法：Φ12.6mm×9.4mm
・高さ：9.4mm
●半固定ボリューム GF063P 10KΩ
メロディーカードの基板類は袋にはいっていて露出されていません。
そのため、スピーカーの音量も大きめになっています。
半固定抵抗で音量を調整します。
東京コスモス電機株式会社(Tocos)
マルチ接点ワイパーを採用し高性能、高信頼性を実現しています。シャフト径が大きく市販の調整ドライバが使用可能です。
・抵抗素子数：1
・取付方向：上面調整
・抵抗値：10kΩ
・許容誤差：±10%
・定格電力：0.5W(70℃)/0W(125℃)
・最高使用電圧：DC250Vまたは定格電力のいずれか小さい方
・回転角：250°(機械的回転角度)/220°(電気的回転角度)
●ER-OLEDM0.49-1W-I2C
0.49インチの小さなOLEDです。
ER-OLEDM0.49-1W-I2C is the graphic OLED display module,attached with breakout board,made of 64x32 individual white OLED pixels,diagonal is only 0.49 inch.The controller ic SSD1306, communicates via I2C serial interface,3.3V power supply,extremely wide viewing angle and extremely operating temperature.
ER-OLEDM0.49-1W-I2C
●フォトカプラ TLP785
・回路数：1回路
・入力方式：片方向
・出力方式：フォトトランジスタ
・2次耐圧：～80V
・出力電流：～50mA
・伝搬遅延H/L：3μs
・伝搬遅延L/H：3μs
・立ち上がり時間：2μs
・立ち下がり時間：3μs
・1次順電圧：1.15V
・1次順電流：～60mA
メロディーカード側との回路を電気的に絶縁したかったので、プッシュボタンの代わりにフォトカプラを使用しました。
●配線
配線はこんな感じになります。
| OLED | - |
CCS811 | - |
ESP8266 | - |
TLP785 | - |
Melody IC | - |
圧電素子 |
| | | | | D0 | - | 1::4 | - | 2 | | |
| GND | - | GND | - | GND | - | 2::3 | - | 1 | | |
| VCC | - | 3.3V | - | 3.3V | | | | 4 | - | (10K)-SPEAKER |
| SDA | - | SDA | - | SDA | | | | 3 | - | SPEAKER |
| SCL | - | SCL | - | SCL | | | | | | |
ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO
ボード情報をみてみます。
$ pio boards 'WeMos D1'
Platform: espressif8266
===============================================================
ID MCU Frequency Flash RAM Name
------------ ------- --------- ----- ---- ---------------------
d1 ESP8266 80MHz 4MB 80KB WEMOS D1 R1
d1_wroom_02 ESP8266 80MHz 2MB 80KB WeMos D1 ESP-WROOM-02
d1_mini ESP8266 80MHz 4MB 80KB WeMos D1 R2 and mini
d1_mini_lite ESP8266 80MHz 1MB 80KB WeMos D1 mini Lite
d1_mini_pro ESP8266 80MHz 16MB 80KB WeMos D1 mini Pro
プロジェクトの作成
$ mkdir -p ~/WeMosD1Mini/CCS811
$ cd ~/WeMosD1Mini/CCS811
$ pio init -b d1_mini
●プログラム概要
・プログラムでは10秒に1度,CCS811センサから値を読み取っています。
・二酸化炭素濃度の測定値が2000ppmを超えた状態が1分以上続いた場合、メロディーを奏で警告します。
・警告5分後にも2000ppmを超えている場合は再度メロディーを流します。
・1時間ごとにCCS811センサモジュールをリフレッシュする。(※1)
※1：長時間動作させていると、二酸化炭素濃度の測定値が異常に高くなる現象が観測されました。
そこで一定時間間隔で初期処理を呼び出すようにしました。
●ソースコード (2023.12.27更新)
二酸化炭素濃度監視ソースコード
●CCS811センサ補足
※センサは初期値ではモード1に設定してあり、1秒毎に空気品質を測定しています。
SparkFunCCS811.cpp
314:returnError = setDriveMode(1); //Read every second
※データシートによると、モードを設定、変更してから測定値が安定するまで20分かかります。
※さらに、最初に48時間のエージングが推奨されており、設置してから測定値が安定するまでに48時間かかるとのことです。
amazonレビューより
★★☆☆☆ 何を測っているのかな？
2021年1月23日に日本でレビュー済み
ESP32と組み合わせて室内の二酸化炭素量のログを取ろうと思って購入しましたが、測定値が全く安定しないだけでなく、無人の部屋に置いておいても、突然数千の値が出ます。結局、何を測っているのか、さっぱり判りませんでした。ちなみに、一緒に測定できるTVOCも、eCo2のデーターとかなり近い相関があるので、元のデーターは同じで、単に係数が違うだけのような気がします。色々なモードがあるようですが、デフォルトでしか使っていないので、断定的な事は言えませんが。。。
どなたか、上手く使えている方がおられましたら、ぜひ教えてください。
追伸：MH-Z19Cと一緒に数日間動かしてログを比較してみました。誰もいない、換気している部屋だと、Z19Cは600-900ppmで安定していますが、隣に置いたCCS811は、数時間おきに急激に2000ppm程度まで上昇し、そのあと下がってくるという動作を繰り返しながら、全体的に上昇していきます。一度、電源を落として立ち上げ直すと、400-500ppmまで下がりますが、数時間すると、急な上昇と緩やかな下降を繰り返しながら、ドリフトしていきます。
Z19Cとの相関は殆ど見られませんでした。空気中の有害物質を測っているのかもしれませんが、コロナの３密検出に使うのであれば、CCS811は使えないという結論になりました。
●Adafruit SGP30 Air Quality Sensor Breakout - VOC and eCO2 - STEMMA QT / Qwiic
うぷ主のセンサーボードでもamazonレビューにあるような症状が発生しています。そこで、Adafruit SGP30 に切り替えて運用しています。
SGP30は、CO2そのものを測定するセンサではなく、室内のAir Quality(空気の質)を測定するために開発されたデバイスです。測定対象は、空気中のエタノールとH2(水素)ですが、そこからTVOC (Total Volatile Organic Compounds：総揮発性有機化合物量)とCO2eq(CO2 equivalent：等価二酸化炭素量)を算出し出力します(CO2eqは、eCO2とも表現されます)。
CO2濃度そのものを測定したい場合は、SCD30、SCD41といったCO2測定専用のセンサを用います。
CO2eqセンサ SGP30で作る環境チェッカ
Adafruit SGP30 Air Quality Sensor Breakout - VOC and eCO2 - STEMMA QT / Qwiic
adafruit/Adafruit_SGP30
●参考文献
・自宅作業環境の二酸化炭素濃度をM5Stack＋CCS811で計測してみた
・AmbientでIoTをはじめよう
・フォトカプラ(TLP785)の使い方 [Arduino]
|
Raspberry Pi（ラズベリー パイ）は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。
Arduinoで学ぶ組込みシステム入門(第2版)
●Arduinoを使って組込みシステム開発を理解する
・ハードウェアやソフトウェアなどの基礎知識/
・設計から実装までを系統的に説明するモデルベース開発/
・Arduinoを用いた実際の開発例
最新 使える! MATLAB 第3版
◆◆すぐに「使える!」 全ページフルカラー!◆◆
・MATLAB R2022bに対応し、解説もより詳しく!/
・コマンド・スクリプトの例が豊富で、動かして学べる!/
・超基本から解説。これから使いはじめる人にぴったり!/
・全編フルカラー、スクリーンショットも豊富!
Amazon Web Services基礎からのネットワーク＆サーバー構築改訂４版
1.システム構築をインフラから始めるには/
2.ネットワークを構築する/
3.サーバーを構築する/
4.Webサーバーソフトをインストールする/
5.HTTPの動きを確認する/
6.プライベートサブネットを構築する/
7.NATを構築する/
8.DBを用いたブログシステムの構築/
9.TCP/IPによる通信の仕組みを理解する
C言語は第二の母国語: 独学学生時代から企業内IT職人時代に培った、独立のための技術とノウハウ 平田豊著
学生時代から独学でプログラミングをはじめ、企業内でデバイスドライバを開発し、そして独立後もたくさんのアプリケーション開発や技術書制作に携わってきた著者。その筆者が大事に使い続ける「C言語」の“昔と今”について、気づいたことや役立つ知識、使ってきたツールなどについて、これまで記してきたことを整理してまとめました。
本書では、現役プログラマーだけでなく、これからプログラミングを学ぶ学生などにも有益な情報やノウハウを、筆者の経験を元に紹介しています。
1冊ですべて身につくJavaScript入門講座
・最初の一歩が踏み出せる！ 初心者に寄り添うやさしい解説
・最新の技術が身につく！ 今のJavaScriptの書き方・使い方
・絶対に知っておきたい！ アニメーションとイベントの知識
・プログラミングの基本から実装方法まですべて学べる
図解！ Git & GitHubのツボとコツがゼッタイにわかる本
ソフトウェア開発では欠かすことのできないGit、GitHub。
これからGit、GitHubを使いたいという入門者の方でも、実際に手を動かしながら使い方を学べます。
C自作の鉄則！2023 (日経BPパソコンベストムック)
メーカー製のパソコンはスペックが中途半端で、自分が本当に欲しい機種がない――。そう思っている人には、ぜひ自作パソコンをお薦めします。自作パソコンのパーツは進化が速く、しかも驚くほど種類が豊富。価格も性能も、幅広く用意されているため、満足度100％の“自分だけの1台”を手に入れることができます。
Interface 2023年6月号
特集：第1部 フィルタ設計 基礎の基礎/
第2部 係数アプリや波形観測アプリで合点！FIR&IIRフィルタ作り/
第3部 配布プリント基板で体験！マイコンで動くフィルタ作り
日経Linux 2023年5月号
【特集 1】 AI時代の最強フリーソフト ～ 25のやりたいを実現！
【特集 2】 AWS、Azureのうまみを無料で体感！面倒なことはクラウドに任せよう
【特集 3】 新しいRaspberry Pi Cameraで遊んでみよう
【特集 4】 Linuxで旧型PCを復活！ 1kg切るモバイルPCを「ChromeOS Flex」でChromebook化
ラズパイマガジン2022年秋号
特集：5大人気ボード 電子工作超入門
「半導体不足で在庫が不足し、電子工作のボードがなかなか買えない…」。そんな今にふさわしい特集を企画しました。5種の人気ボードにすべて対応した電子工作の入門特集です。「GPIO」や「I2C」を使った電子パーツの制御方法は、どのボードでも同じです。手に入れられたボードを使って、今こそ電子工作を始めましょう。
地方で稼ぐ! ITエンジニアのすすめ
学歴、理系の知識、専門スキル……全部なくてもITエンジニアになれる!
地方でも高収入でやりがいをもって働ける!ITエンジニアの魅力を一挙大公開
Raspberry Piのはじめ方2022
本書は、ラズパイやPicoの買い方やインストール、初期設定といった基本から、サーバー、電子工作、IoT、AIといったラズパイならではの活用方法まで、1冊でお届けします。
ラズパイをこれから始める方向けに、全36ページの入門マンガ「女子高生とラズベリーパイ」も巻末に掲載。これを読むだけでラズパイがどんなものなのか、すぐに分かって触れるようになります。
ハッカーの学校 IoTハッキングの教科書
生活にとけこみ、家電機器を便利にするIoT技術。
Webカメラなど、便利の裏側に潜むセキュリティの危険性をハッキングで検証。
専門家がパケットキャプチャからハードウェアハッキングまで、その攻撃と防御を徹底解説。
本書は2018年7月に刊行された「ハッカーの学校IoTハッキングの教科書」に一部修正を加えた第2版です。
攻撃手法を学んで防御せよ! 押さえておくべきIoTハッキング
本書は、経済産業省から2021年4月にリリースされた、IoTセキュリティを対象とした『機器のサイバーセキュリティ確保のためのセキュリティ検証の手引き』の『別冊2 機器メーカに向けた脅威分析及びセキュリティ検証の解説書』をもとに、IoT機器の開発者や品質保証の担当者が、攻撃者の視点に立ってセキュリティ検証を実践するための手法を、事例とともに詳細に解説しました。
ポチらせる文章術
販売サイト・ネット広告・メルマガ・ブログ・ホームページ・SNS…
全WEB媒体で効果バツグン!
カリスマコピーライターが教える「見てもらう」「買ってもらう」「共感してもらう」すべてに効くネット文章術
プログラマーは世界をどう見ているのか 西村博之著
イーロン・マスク(テスラ)、ジェフ・べゾス(Amazon)、ラリー・ペイジ(Google)…etc.
世界のトップはなぜプログラマーなのか?
ニーア オートマタ PLAY ARTS改 <ヨルハ 二号 B型 DX版> PVC製 塗装済み可動フィギュア
「NieR:Automata」より、ヨルハ二号B型こと2BがPLAY ARTS改に新たに登場!
高級感の感じられるコスチュームや髪の質感、洗練されたボディバランス、細かなデティールに至るまでこだわり抜かれた逸品。
DX版には通常版のラインナップに加え2Bの随行支援ユニット ポッド042などをはじめ“純白の美しい太刀"白の約定やエフェクトパーツ、自爆モードを再現できる換装用ボディパーツ、シーンに合わせて変えられる顔パーツ2種も付属する豪華な仕様に。
作中のあらゆるシーンを再現することが可能なファン必見の一品となっている。
Newtonライト2.0 ベイズ統計
ベイズ統計は,結果から原因を推定する統計学です。AIや医療などの幅広い分野で応用されています。その基礎となるのは18世紀に考えだされた「ベイズの定理」です。
この本では,ベイズ統計学のきほんをやさしく紹介していきます。
白光(HAKKO) ダイヤル式温度制御はんだ吸取器 ハンディタイプ FR301-81
無水エタノールP 500mlx2個パック(掃除)
ケイバ(KEIBA) マイクロニッパー MN-A04
サンハヤト SAD-101 ニューブレッドボード
白光(HAKKO) HEXSOL 巻はんだ 精密プリント基板用 150g FS402-02
[Amazon限定ブランド]【指定第2類医薬品】PHARMA CHOICE 解熱鎮痛薬 解熱鎮痛錠IP 100錠
|
