ArduinoでCO2濃度を計測する（MH-Z19）
ArduinoでCO2濃度を計測するためにいろいろやってみました。
使用パーツ
AE-ATMEGA328-MINI（Arduino Pro Mini互換）
秋月で780円だったので、使ってみることにしました。
USBシリアル変換
ロジックレベルを5Vと3.3Vで切り替えられて、便利なのでよく使ってます。
ブレッドボード
個人的にこれくらいのサイズが使いやすいです。サイズが足りなければ連結できます。
LCD
計測結果を表示するために用意しました。Arduino用のサンプルコードがあり、3.3Vと5Vで接続できます。
MH-Z19（CO2センサー）
今回のメイン、CO2センサーです。いろいろなサイトで探してみたのですが、高額だったり、大量ロットで注文しなければならなかったり、なかなか買えませんでした。
下記AliExpressという中国のサイトで見つけて安かったので、今回は試しに買ってみました。2週間ほどで無事に届きました。
CO2センサーからArduinoへデータ取得
CO2センサーからの情報の取得はシリアルとPWMが選択できます。今回はPWMで取得してみようと思います。
まずは、macとArduinoを接続します。ツールから以下を選択します。
- Board: “Arduino Pro or Pro Mini”
- Processor: “ATmega328 (5V, 16MHz)”
- Port: “/dev/cu.usbserial-A1032FAZ”
Arduinoとセンサーの接続はシンプルで以下の3本です。
センサーが正常に動作しているかを確認するため、シリアルにログを出力するコードを実行してみます。
#define PWM_PIN 3
int prev_val = LOW;
long high_level_start = 0L;
long high_level_end = 0L;
long low_level_start = 0L;
long low_level_end = 0L;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(PWM_PIN, INPUT);
}
void loop() {
long cycle_start_time = millis();
int pin_in = digitalRead(PWM_PIN);
if (pin_in == HIGH) {
if (prev_val == LOW) {
long time_high = high_level_end - high_level_start;
long time_low = low_level_end - low_level_start;
long ppm = 5000 * (time_high - 0.002) / (time_high + time_low - 0.004);
Serial.println("PPM = " + String(ppm));
high_level_start = cycle_start_time;
prev_val = HIGH;
} else {
high_level_end = cycle_start_time;
}
} else {
if (prev_val == HIGH) {
low_level_start = cycle_start_time;
prev_val = LOW;
} else {
low_level_end = cycle_start_time;
}
}
}
出力は以下のようになります。室内は少しCO2濃度が高めのようです。
PPM = 905 PPM = 906 PPM = 901 PPM = 941 PPM = 940 PPM = 936 PPM = 941 PPM = 941 PPM = 920 PPM = 916 PPM = 921
仕様書を読むと2000をかけると書かれているのですが、5000にしないと値があわないようでした。
http://clima-sensor.ru/files/MH-Z19_Manual_V2.pdf
ArduinoからLCD（ディスプレイ）へ結果の出力
センサーからの結果をLCDに出力するようにしてみます。
接続は以下の4本です。
I2Cのプルアップ抵抗は初めからArduino側で実装されていましたので、そのまま接続します。
プログラムは以下のようになります。（※ 見直し中）
#include <Wire.h>
#define LCD_ADRS 0x3E
#define PWM_PIN 3
int prev_val = LOW;
long high_level_start = 0L;
long high_level_end = 0L;
long low_level_start = 0L;
long low_level_end = 0L;
int ppm = 0;
boolean is_output_ready = false;
char moji[] = "CO2 = ";
void writeData(byte t_data) {
Wire.beginTransmission(LCD_ADRS);
Wire.write(0x40);
Wire.write(t_data);
Wire.endTransmission();
delay(1);
}
void writeCommand(byte t_command) {
Wire.beginTransmission(LCD_ADRS);
Wire.write(0x00);
Wire.write(t_command);
Wire.endTransmission();
delay(10);
}
void init_LCD() {
delay(100);
writeCommand(0x38);
delay(20);
writeCommand(0x39);
delay(20);
writeCommand(0x14);
delay(20);
writeCommand(0x73);
delay(20);
writeCommand(0x52);
delay(20);
writeCommand(0x6C);
delay(20);
writeCommand(0x38);
delay(20);
writeCommand(0x01);
delay(20);
writeCommand(0x0C);
delay(20);
}
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(PWM_PIN, INPUT);
Wire.begin();
init_LCD();
}
void loop() {
long cycle_start_time = millis();
int pin_in = digitalRead(PWM_PIN);
if (pin_in == HIGH) {
if (prev_val == LOW) {
long time_high = high_level_end - high_level_start;
long time_low = low_level_end - low_level_start;
ppm = 5000 * (time_high - 0.002) / (time_high + time_low - 0.004);
is_output_ready = true;
high_level_start = cycle_start_time;
prev_val = HIGH;
} else {
high_level_end = cycle_start_time;
}
} else {
if (prev_val == HIGH) {
low_level_start = cycle_start_time;
prev_val = LOW;
} else {
low_level_end = cycle_start_time;
}
}
if (is_output_ready) {
writeCommand(0x00 + 0x01);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
writeData(moji[i]);
}
String ppm_text = String(ppm);
char ppm_print[4];
ppm_text.toCharArray(ppm_print, 4);
for (int i = 0 ; i < 4 ; i++) {
writeData(ppm_text[i]);
}
is_output_ready = false;
}
}
LCDへの文字の出力処理を実装し、Arduinoにアップロードします。
うまくいけば、以下のようにCO2の濃度が出力されます。
