جهاز كشف ثاني أكسيد الكربون CO2 محلي الصنع

كنت ألعب في الأيام القليلة الماضية بنظام Arduino المضمن، ووجدت أنه سهل التعلم، فقررت تجميع جهاز كشف لثاني أكسيد الكربون. السبب الرئيسي هو إغلاق النوافذ باستمرار بسبب PM2.5، وأردت معرفة ما إذا كان الأكسجين في الغرفة كافياً حقاً، وما نوع نظام التهوية الذي يجب تركيبه.

المواد المستخدمة في التجميع:

يكفي استخدام مكواة لحام محلية الصنع برأس T12، حيث يمكن الحصول على أداء قريب من النسخة الأصلية التي تكلف أكثر من 2000 بسعر حوالي 170 فقط.

مخطط التوصيلات

بروتوكول اتصال المستشعر هو UART بجهد 3.3 فولت، استخدمت محول مستوى الجهد للتبسيط.

الكود

هنا سأضع فقط الكود البسيط للحصول على قراءات المستشعر:

#include <SoftwareSerial.h>

#define rxPin 12
#define txPin 11
SoftwareSerial CO2_Serial(rxPin, txPin);
const byte readCO2[] = {0x42, 0x4d, 0xe3, 0x00, 0x00, 0x01, 0x72}; //الأمر
byte responses[12];

void setup()
{
  CO2_Serial.begin(9600);
}

unsigned int GetCo2()
{
  int valMultiplier = 1;

  while (!CO2_Serial.available())
  {
    CO2_Serial.write(readCO2, 7);
    delay(1000);
  }

  CO2_Serial.setTimeout(2000);
  CO2_Serial.readBytes(responses, 12);

  int high = responses[4];              //البايت العالي
  int low = responses[5];               //البايت المنخفض
  unsigned int val = high * 256 + low; 
  return val * valMultiplier;
}

void loop()
{
  auto co2 = GetCo2();
  draw_co2(co2);
  delay(1000);
}

استخدمت مكتبة u8g2 لجزء العرض. لزيادة سرعة العرض، اضطررت لعرض مناطق جزئية فقط، لذا استخدمت fullbuffer، مما استهلك 92% من الذاكرة مباشرة، بالنظر إلى هذا، ربما من الأفضل تغيير المكتبة.

الخلاصة

إذن، العودة للسؤال الأصلي، هل الأكسجين كافٍ مع إبقاء النوافذ مغلقة باستمرار؟ إليكم تجربتي لشخص واحد لا يمارس الرياضة، في شقة واحدة بغرفة ذات نوافذ ألومنيوم رديئة، مساحة حوالي 30 $m^2$:

• مع إغلاق النوافذ، يرتفع CO₂ بمقدار 500 جزء في المليون تقريباً كل 30 دقيقة، ويصل الحد الأقصى إلى حوالي 3000-4000 جزء في المليون (حسب موقع القياس).
• مع فتح النافذة قليلاً، يمكن أن يظل الحد الأقصى مستقراً عند حوالي 1000 جزء في المليون.
• مع فتح النافذة والباب قليلاً، يمكن أن يظل مستقراً عند حوالي 500 جزء في المليون (مما يدل على أهمية التهوية المتقاطعة من الشمال والجنوب في نفس الوقت).

كل 10,000 جزء في المليون تعادل 1% من محتوى CO₂.

ما هي كمية CO₂ الضارة للإنسان؟ هذا موضع جدل علمي، حيث وجدت تجارب أن أكثر من 1200 جزء في المليون يقلل من الإدراك، ولكن تجربة أخرى على الكتابة بلوحة المفاتيح وجدت أنه حتى 5000 جزء في المليون لا تؤثر. التوصية الطبية للسلامة الحياتية هي عدم البقاء في بيئة تزيد عن 10,000 جزء في المليون لأكثر من 8 ساعات، لذا يمكن اعتبار أن إغلاق النوافذ باستمرار آمن بلا شك، ومن الأفضل الحفاظ على مستوى بين 1000-2000 جزء في المليون إذا أمكن.

تحرير: كنت أشك في أن ضعف إحكام الهواء في المنزل القديم هو سبب وصول CO₂ إلى 3000-4000 جزء في المليون كحد أقصى، ولكن اختبار منزل تم تجديده بنوافذ نظامية وأجري عليه اختبار ضغط سلبي أكد عدم تسرب الهواء أعطى نفس النتيجة.

بما أن فتح النافذة قليلاً له تأثير واضح جداً، فهل يعني ذلك أن تركيب نظام تهوية معلق على الحائط في كل غرفة يكفي؟ وهذا أيضاً يتجنب تعقيدات نظام التهوية المركزي (نظام التهوية بالقنوات) الذي يزيد من تعقيد تمديدات السقف؟ إذا كنا نفكر في الأكسجين فقط، فالإجابة نعم.

يمكن لنظام التهوية المركزي عادةً تبديل هواء المنزل بالكامل 1-2 مرة في الساعة، وبالتالي يمكنه إزالة الروائح والفورمالديهايد، طبعاً مشكلة الفورمالديهايد الآن ليست كبيرة، وغالباً ما تكون ضريبة ذكاء، لكن تركيبها معقد، والتفكير في كيفية تمديد القنوات قد يصيبك بالصداع، وإذا تعطل الجهاز فمن الصعب تخيل كيفية إصلاحه.

أما نظام التهوية المعلق على الحائط فمعدل تبديل الهواء فيه منخفض جداً، ومدى تدفق الهواء قريب، لذا يمكن استخدامه فقط في غرف صغيرة، بالإضافة إلى أن قدرته على تبادل الحرارة محدودة مما قد يسبب مشكلة خروج هواء بارد أو ساخن.