Авг 072019
 

Чтобы окончательно решить исход вековечной вражды в офисе между «теми, кому дует» и «теми, кому душно» решил разориться на бюджетный датчик содержания CO2 в атмосферном воздухе и прикрутить к нему сирену. Поскольку цена на такие датчики — совсем негуманная, выбрал вариант «MH-Z19B», который оказался самым бюджетным.

К сожалению, датчик подарил головоломку. Подробности — под катом.

(Внимание — в обзоре много «программизма», ругани в адрес китайских даташитов, присутствует шестнадцатеричная математика — так что если тема DIY вам не близка, проходите мимо, иначе будете разочарованы).

Датчик «MH-Z19B» сделан китайской компанией «Winsen» (даташит, PDF) и неоднократно упоминался на Habrahabr и Geektimes. Это вторая ревизия, с буквой «b» в названии, по результатам китайской «работы над ошибками». Первую ревизию одним неверным движением можно было ввести в режим калибровки, для которой требовалась атмосфера с нулевым содержанием CO2. Бедолагам, которые в это влетали, приходилось искать баллон с чистым азотом или кислородом, чтобы её организовать. В ревизии «b» китайцы сделали так, что модуль «эталонной» считает смесь с 400ppm углекислоты — то есть его можно, теоретически, перекалибровать просто в лесу или в парке.

Модуль пришёл в паре с небольшим шлейфом, основная плата имеет надпил, позволяющий отломать кусок с разъёмом и вместо этого припаять гребёнки. Модуль работает в двух режимах — UART (передавая показания по последовательному порту на 9600 бод) и PWM, контакты слева и справа, соответственно:

1183e04671.jpg

Для удобства я обрезал шлейф и насадил на провода дюпоновские наконечники. Правда, выяснилось, что часть проводов вообще ни к чему не подключена. Напротив, PWM оказался не выведен на шлейф, к контакту пришлось дополнительно подпаиваться, завернув из предосторожности датчик в плёнку поплотнее:

2cf726.jpg

Датчик работает по следующему принципу — он получает по UART девятибайтовые команды (последний байт — CRC) и отвечает также девятибайтовыми пакетами. Замер концентрации СО2 выполняется командой с байтом 0x86:

c71935.jpg

Также показания можно прочитать, померяв ширину PWM-сигнала:

2e5c04.png

Тут подстерегала первая проблема — как узнать текущую размерность измерений? Даташит упоминает, что датчик может мерять в диапазаонах от нуля как до 2000, так и от нуля до 5000ppm:

039492.jpg

Запросить текущее значение у датчика нельзя, поэтому остаётся только явно задавать размерность при каждом старте. Даташит описывает формат команды, которая скажет модулю, в какой шкале работать:

2a7f4c.jpg

Почему-то ни одна инструкция в интернете этого вопроса не касается — никто толком не интересовался настройками датчика и просто принимают их как данность. Кряхтим и пишем код для Ардуино, который пошлёт модулю нужную команду:

  • 2000 ppm: «2000» в десятичной системе это «0x07 d0» в шестнадцатеричной, получается — третий байт команды будет 0x07, четвёртый байт — 0xD0, CRC (девятый байт) 0x8F
  • 5000 ppm: третий байт 0x13, четвёртый байт 0x88, CRC (девятый байт) 0xCB

(CRC вычисляем по формуле из того же даташита, (NOT(Byte1 + Byte2 + Byte3 + Byte4 + Byte5 + Byte6 + Byte7)) +1)

Пробуем и так, и эдак, но в результате получаем на выходе дикие неправдоподобные значения концентрации СО2, вылетающие за паспортные диапазоны показаний датчика в разы. Уже испугавшись, что запороли дорогой прибор, через какое-то время нагугливаем ссылку revspace.nl/MHZ19 со словами

According to the MH-Z19B datasheet, you can configure the measurement range by putting the desired range in byte 3 and 4. However, unlike what the MH-Z19B datasheet says, you can set the range using the following command (in this case 0x07d0 = 2000 ppm in byte 6 and 7)

Замечательные китайцы ухитрились ошибиться в даташите! Материмся, и вместо третьего и четвёртого байта пишем в шестой и седьмой. Благодаря подсказке неизвестного голландца — модуль воскресает.

Поскольку теперь доверия модулю нет никакого, решил разобраться с его показаниями досконально и сравнить результаты по UART и PWM. Пишем код под Ардуино, который сначала, в блоке setup, даёт команду установки размерности, а потом в цикле loop делает замеры. Модуль располагаем на сквозняке у форточки.
Код (финальный, уже включающий все позднейшие *открытия*

Все замеры проводим, подключив модуль к питанию от 5 вольт; при 3.3 вольтах он выдаёт очевидно некорректные значения по верху диапазона.

В режиме PWM при заданном диапазоне значений от 0 до 2000ppm получаем, в условиях центра города, заполночь у форточки во двор, 1208ppm, что, безусловно, завышено. UART выдаёт нам близкое значение 1227ppm — различия вполне объяснимы ошибками оцифровки PWM-показаний.

Для сравнения, вот примерные дапазоны концентраций СО2, найденные в интернете:

— 350 — 450 ppm: Нормальный уровень на открытом воздухе.
— < 600 ppm: Приемлемые уровни. Уровень. рекомендованный для спален, детских садов и школ.
— 600 — 1000 ppm: Жалобы на несвежий воздух, возможно снижение концентрации внимания.
— 1000 ppm: Максимальный уровень стандартов ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) и OSHA (Occupational Safety & Health Administration).
— 1000 — 2500 ppm: Общая вялость, снижение концентрации внимания, возможна головная боль.
— 2500 — 5000 ppm: Возможны нежелательные эффекты на здоровье.

Переключаем датчик в диапазон 0 — 5000ppm. В режиме PWM у той же форточки во двор получаем 478ppm, что гораздо больше похоже на правду. Но вот в режиме UART наш датчик снова выдаёт совершенно неправдоподобное значение 1213ppm.

Десять раз перепроверив формулы, по близости показаний начинаю догадываться, что датчик считает с ошибками в арифметике. Модифицирую код, чтобы формула расчёта концентрации CO2 по данным PWM рассчитывалась с подстановкой всех вариантов верхнего предела значений. В момент какого-то озарения также дополнительно модифицирую код, чтобы значение, полученное по UART, дополнительно выводилось домноженным на 2000/5000:

диапазон 0 — 2000ppm

Range was set! (bytes 6 and 7) 1227 <- ppm (UART) 490 <- two fifths of it 606 <- Milliseconds PWM is HIGH 1208 <- ppm2 (PWM) with 2000ppm as limit 3020 <- ppm3 (PWM) with 5000ppm as limit

диапазон 0 — 5000ppm

Range was set! (bytes 6 and 7) 1213 <- ppm (UART) 484 <- two fifths of it 241 <- Milliseconds PWM is HIGH 478 <- ppm2 (PWM) with 2000ppm as limit 1195 <- ppm3 (PWM) with 5000ppm as limit

Делаем выводы:

  • в качестве рабочего диапазона работы датчика надо задавать 0 — 5000ppm
  • несмотря на это, для расчёта значений, полученных через PWM, надо в формулу подставлять константу 2000, а не 5000
  • для получения правдивых показаний от UART надо полученное значение умножать на 2/5
  • китайским даташитам, даже на вид добротным, верить нельзя
  • готовые скетчи для Ардуино из интернета брать нельзя
  • показания всех китайских «показометров» надо проверять хотя бы на соответствие здравому смыслу и внутреннюю непротиворечивость
QR Code - Take this post Mobile!
Use this unique QR (Quick Response) code with your smart device. The code will save the url of this webpage to the device for mobile sharing and storage.
Понравилось? Поделитесь:

:

Sorry, the comment form is closed at this time.