Mesure de la qualité de l’air et le la lumière
L’objectif de ce projet est de mesurer la qualité de l’air en mesurant la quantité de particules fines, le taux de CO2 et l’index UV.
Grâce à sa portabilité on pourra effectuer des mesures chez soi ou en déplacement.
Qualité de l’air et particules fines :
Les particules en suspension (notées « PM » en anglais pour « Particulate matter ») sont d’une manière générale les fines particules solides portées par l’air (source Wikipédia). Les particules fines pénètrent en profondeur dans les poumons. Elles peuvent être à l’origine d’inflammations, et de l’aggravation de l’état de santé des personnes atteintes de maladies cardiaques et pulmonaires.
Le dispositif d’écrit mesure le taux de présence des particules PM10 et PM2,5
L’appellation “PM10” désigne les particules dont le diamètre est inférieur à 10 micromètres.
L’appellation “PM2,5” désigne les particules dont le diamètre est inférieur à 2,5 micromètres.
Le capteur est basé sur un laser SDS011 PM2.5/PM10 permettant de tester avec précision et fiabilité la qualité de l’air. Ce laser fiable, rapide et précis mesure le taux de particules dans l’air compris entre 0,3 et 10 µm.
Qualité de l’air : le capteur de gaz :
Le MQ135 est sensible aux principaux polluants présents dans l’atmosphère. Ce capteur est sensible au CO2, à l’alcool, au Benzène, à l’oxyde d’azote (NOx) et à l’ammoniac (NH3). Dans ce projet on se limite à la mesure du taux de CO2.
Le capteur est constitué d’un un élément chauffant dont la résistance électrique varie en fonction de la présence de CO2 dans l’atmosphère. La tension fournie (pin A0 du capteur) permet de récupérer la concentration.
La valeur fournie n’est pas linéaire par rapport au taux de concentration du CO2. La valeur résultante doit être ajustée (par le programme). Je ne rentre pas plus dans les détails, de nombreux articles publiés sur la toile donnent plus de précisions.
Intensité lumière : la capteur GUVA-S12SD
Avec le capteur UV GUVA-S12SD on mesure l’intensité des rayons ultraviolets en temps réel. Le module GUVA-S12SD fonctionne principalement avec les rayons ultraviolets émis par la lumière du soleil et ne réagit pas correctement à l’éclairage artificiel classique.
Principe de fonctionnement :
Le contrôleur utilisé est l’Arduino nano every (programmé par IDE) qui se caractérise par le grand nombre de portes analogiques ainsi que le port d’alimentation qui supporte des tension bien supérieures à 5V. Un régulateur 5V intégré permet l’alimentation des autres composants.
Le capteur de particules est programmé (d’usine) pour fournir sur un bus I2C, toutes les 2 minutes, les valeurs correspondants à PM10 et PM2.5.
L’afficheur ST7735 permet de suivre l’évolution des mesures.
Une mesure est effectuée toutes les deux minutes. Deux tableaux permettent de suivre l’évolution des mesures sur 44 minutes (22 mesures). Chaque nouvelle mesure est ajoutée à droite du tableau après décalage vers la gauche des anciennes mesures.
L’affichage visualise également le temps restant avant la prochaine mesure ainsi que la tension de la batterie.
Afin de surveiller la tension d’alimentation du système un diviseur de tension (résistances 10kO-10kO) est relié à la batterie et le port A6 du contrôleur. Ce diviseur de tension évite d’injecter une tension supérieure à 4,5V sur le port A6. Avec l’utilisation d’une batterie de 9V 1000mAh le dispositif peut fonctionner 6 heures.
Le capteur MQ-135 est connecté au port nanalogique A0.
Le capteur UV est connecté au port analogique A1.
Un interrupteur connecté au port A6 permet de basculer l’affichage entre deux modes.
- Mode SDS011 pour les valeurs pm10 et pm2.5
- Mode MQ-135 et UV
Programmation :
La programmation se fait avec Arduino IDE. Les librairies utilisées sont indiquées au début de programme. Elles sont téléchargeable depuis le site Arduino.
Le programme est découpé en fonctions afin d’en faciliter la lecture. L’image montre les fonctions utilisées pour chaque demi-fenêtre en fonction de la position de l’interrupteur.
L’affichage pm10 et pm2.5 montre les dernières mesures. Toutes les deux minutes une mesure est effectuée et mémorisée. On obtient ainsi l’évolution de la pollution dans le temps. Des lignes indiquent les seuils de tolérance audessus desquels les normes admises sont dépassées.
L’affichage CO2 et UV se fait en direct sur lecture des capteurs.
Le programme complet peut être téléchargé ici.
Conclusion :
Ce montage ne représente pas de difficulté particulière.
Il permet de mesurer efficacement la présence de particules fines.
Ce montage pourra être complété avec des sondes pour mesure de température, humidité, pression, CO2 etc..
D’autres capteurs sont disponibles. Ces capteurs fonctionnent selon le même principe que le capteur MQ135.
Le schéma peut être adapté pour l’utilisation de plusieurs capteurs en même temps. L’Arduino nano every avec ses 8 entrée analogiques facilite la prise en charge des capteurs.
Il faudra néanmoins surveiller la consommation électrique du boîtier. La consommation électrique actuelle est de 230mA. Avec la batterie de 800mAh le système peut fonctionner jusqu’à 3 heures. Des batteries de type 18650 à 2000mAh peuvent tenir bien plus longtemps.
Liste de capteurs :
MQ-3 Alcool, Ethanol et fumées
MQ-4 Méthane (CH4). De 300 à 10000 ppm
MQ-5 Gaz naturel, GPL. De 300 à 50000 ppm
MQ-6 GPL, butane. De 200 à 10000 ppm 48
MQ-7 Monoxyde de carbone (CO). De 20 à 2000 ppm
MQ-8 Hydrogène. De 100 à 10000 ppm
MQ-9 Monoxyde de carbone, méthane (CH4)
MQ131 Ozone
MQ136 Sulfure d’hydrogène gazeux (H2S
MQ137 Ammoniac. De 5 à 500ppm
MQ138 Benzène, Toluène, Alcool, Acétone, Propane, Formaldéhyde, Hydrogène.
MQ214 Méthane (de 3000ppm à 20000ppm), GPL et propane (500ppm à 10000ppm, butane (500ppm à 10000ppm)
MQ216 Gaz naturel, gaz de houille, Propane, CH4
MQ303A Alcool, Ethanol, fumées
MQ306A GPL, butane
MQ307A Monoxyde de carbone (CO)
MQ309A Monoxyde de carbone, gaz inflammables
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