朝の眠気にも影響!? ESP-WROOM02( ESP8266)とCO2センサー(MH-Z19)でCO2濃度を測定してみる

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こんにちは!

皆さんは日常生活でCO2(二酸化炭素)を気にしたことはありますか?

実はCO2は日常生活において大きな影響を及ぼすんです!

下記がCO2濃度の大まかの基準です。

350~500ppm 外気
500~1000ppm 一般的な屋内
1000~2000ppm
悪い室内空気環境
2000~2500ppm
眠気を感じてくる人が出てくる
2500~3000ppm
肩こりや頭痛を感じてくる人が出てくる
3000ppm~
集中力などが低下してくる
ちなみに、日本での二酸化炭素濃度の基準値は建築物衛生法によって、
居室内は1,000ppm以下、幼稚園、保育園、学校は1,500ppm以下と定められています。

 

では、自分の部屋が今どのくらいのCO2濃度(ppm)なのかESP-WROOM02(マイコン)と、
CO2センサーを使って測定してみたいと思います!
(開発環境はArduinoIDEを使用します)

今回CO2濃度に使うセンサーはMH-Z19というものを使います!

MH-Z19

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・MH-Z19はCO2の濃度を赤外線で測定し、0~5000ppmの範囲で結果を、

PWM通信のパルス幅または、シリアル通信で出力してくれます。

  • サイズ  上の画像を参考に縦が2cm、横金部分が2.6cm、基盤を含めた横が4cm
  • 非分散形赤外線吸収式
  • 電源 3.6〜5V
  • 最大消費電流 18mA
  • インターフェイス UART または PWM 3.3V
  • 動作温度 0~50度
  • プリヒート 3分
  • 温度補正あり。精度は±50ppm + 5%

※今回はシリアル通信で作ります。

(CO2センサーで安価なものはMQ-135などがありますが正直熱を発生するし             精度があまり良くなかったです。)

 

・MH-Z19の販売場所日本では売っていませんので中国から取り寄せます!

おすすめはこちら↓(Vプリカも使えるので便利です)

Aliexpress  MH-Z19

だいたい2000円くらいで注文してから2週間くらいで届きました!

 

それでは、早速取得したいと思います!

 

①「使う部品」

・MH-Z19

Aliexpress  MH-Z19

(約18ドル=約2000円 約2週間~3週間掛かります。)

Amazon

(約5000円)

 

Wi-Fiモジュール ESP-WROOM-02

 

超小型USBシリアル変換モジュール

超小型USBシリアル変換モジュール

 

低損失三端子レギュレーター 3.3V1A TA48033S

三端子レギュレーター

 

電解コンデンサ 47μF35V(秋月電子で購入すると、3端子レギュレータに付属されています。)

電解コンデンサ

 

セラミックコンデンサ 0.1μF(秋月電子で購入すると、3端子レギュレータに付属されています。)

 

LED(起動などを確認するためのメッセージ用に使う。なので任意)

LED(緑)

 

タクトスイッチ(2個)(任意ですがあると便利です)

タクトスイッチ

 

ブレットボード

 

ジャンパーワイヤー

ジャンパーワイヤー(オス)

 

ブレッドボード・ジャンパーワイヤ

(ブレットボードの細かいところを接続するためのワイヤーです。

ブレットボードで回路を組むとき、見栄え良く綺麗に繫げられますのであると便利)

 

通信対応USBケーブル

USBケーブル

 

※センサーをブレットボードに差せるようにするため、半田付けが必要になります。

はんだこてを買う!(初めての電子工作入門編)

 

※任意(楽したい方向け)

ESP-WROOM-02開発ボードを使うとすぐに開発ができるよう回路が組まれているため、上記の「ESP-WROOM02」「超小型USBシリアル変換モジュール」「3端子レギュレータ」「電解コンデンサ 47μF35V」「セラミックコンデンサ 0.1μF」「タクトスイッチ」は不要になります!

 

②「Arduino IDEにESP-WROOM02を使えるように設定する」

 

・こちらをご参考に↓

Arduino IDEでESP-WROOM-02(ESP8266)とESP-WROOM-32を使えるようにする!(Windows10)

※Arduinoでチャレンジされる方は必要ありません。

※WSP-WROOM32でチャレンジされるこちらのサイトをご参考にお願いします。

 

③「回路」

・ESP-WROOM02の回路は再び下記サイトさんの「6.各部品の接続」を参考にしていただければと思います。

WROOM 単体に Arduino スケッチで Wi-Fi ストリーミング

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・ESP‐WROOM02本体の接続箇所

※GPIO 0(IO0)をLOWの状態で起動させるときのみ書き込みモード、LOWじゃなければ実行モードになります。

なのでGPIO 0とGNDにダクトスイッチをかましとくと後が楽です。

 

※RST(リセット)もLOWにすることでプログラムのリセットが行えますのでRSTとGNDにダクトスイッチをかましておくと後が楽です。

配線

 

※画像をクリックすれば拡大できます。

 

ESP-WROOM-02開発ボードをご使用の方はここからスタート。

 

・MH-Z19には9ヵ所差し口があると思いますが今回は4ヵ所のみ接続します。

※ここはどうしてもはんだ付けが必要です(;^ω^)

はんだ付けしてブレットボードにさせるように改良しておくと便利でね。

 

一番手っ取り早いのはジャンパーワイヤーを、

そのままセンサーに直付けしてしまうことですね^^

MH-Z19

 

MH-Z19 接続箇所(接続pin)
V1n 5V( + )
GND GND( – )
Tx IO4
Rx IO5

 

接続するとこんな感じです。

(接続するコードが黒しかなくわかりずらいと思いますがお許しを(;^ω^))

※Tx、Rxは今回のプログラムに合わせて配置しているだけです。

空いているIOpinがあればそちらにしていただいても問題ありません。

 

・MH-Z19を起動させてみるとこんな感じに光ります↓

 

④「いよいよプログラミング」

・いよいよプログラミングですが、その前に今回はGitHbuで公開されているライブラリ、

「MHZ19_uart.h」というものを使わせて頂きますのでArduinoIDEにこちらのライブラリーを入れてください。

 

手順は簡単で、こちらからライブラリーをダウンロードして解凍します。

 

・解凍が終わりましたら「mhz19_uart-master」というフォルダーごと

「libraries」(C:\Users\…..\arduino\libraries)に入れるだけです。

 

後はArduinoIED起動させ、ファイルスケッチ例の中にmhz19_uartがあれば準備完了です。

 

・それでは今度こそプログラミングに入ります!

5秒ごとにCO2を取得するプログラムです。

後はESP-WROOM02を書き込みモードにしてこのプログラムを書き込めば完了です!

ちなみにコード内にさり気なく記載してあります気温取得ですが、精度は悪く±3度くらいはありました!

 

※ビルドをした際に、こんなエラーが出たら書き込みモードになっていないのが原因です。

(GPIO 0(IO0)をLOWの状態で起動させるときのみ書き込みモード、LOWじゃなければ実行モードになります。)

改善されない場合はもう一度③「回路」を読み直してみてください。

 

2018/7/21追記

※シリアルモニターに変な暗号が表示されたり、何も表示されない場合、

シリアルモニターの右下にあるbpsが115200bpsになっているか確認してください。

 

※シリアルモニターが選択できない場合、まずツールの中にあります「シリアルポート:COM 」が選択されているか確認してください。

これが選択できない状態だたUSBケーブルが原因の可能性があります。USBケーブルは必ずデータ通信が可能なものを使用しましょう。

 

 

実行結果

・室内で取得した結果↓(誰もいないリビング)

約580ppmで快適と言えるでしょう。(気温は28度だったらしい)

・屋外で取得した結果↓(4階のベランダ)

約490ppmですので正常に機能してると言えるでしょう!

(気温は約21度と今日は寒かったのでわりと合ってたと思われます)

※取得には数十秒のタイムラグがあるようです。

 

ちなみに以前寝起きの寝室を測ってみたところ約2000ppmもあり驚きました!

どうも寝起きが今一悪いわけですねw 原因が特定できて良かったです。

窓を開けて寝たら目覚めが良くなり、CO2の存在は偉大だと実感しました!

 

このことから、屋内にいるときはこまめに換気をすることでCO2濃度を下げ、結果として作業の効率化に繋げることが可能です。

 

応用編↓

睡眠時のCO2濃度を観察!ESP-WROOM02でCO2センサー(MH-Z19)を稼働してみる!

CO2センサー(MH-Z19)で濃度によってLEDの色が変わる物を作ってみる!

以上、ご訪問ありがとうございました^^

ご不明点などがございましたらお気軽にコメントくださいませ^^

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