使用Gravity红外CO2传感器和Arduino测量二氧化碳浓度值

风筝

现今大气中二氧化碳浓度的不断增加已经成为一个严重的问题。根据NOAA报告，臭氧中的CO2浓度已达到0.0385％（385 ppm），是210万年来的最高浓度。这意味着在一百万个空气颗粒中，有385个二氧化碳颗粒。二氧化碳含量的上升严重影响了环境，使我们面临气候变化和全球变暖等情况。道路上安装了许多空气质量测量设备来测量CO2的浓度，但是我们也可以自制一个CO2测量设备并将其安装在我们的区域中。

在本篇文章中，我们将把Gravity红外CO2传感器与Arduino连接，以测量CO2浓度。Gravity红外CO2传感器是一种高精度的模拟CO2传感器。它测量的CO2含量在0至5000 ppm的范围内。

所需的组件

●    Arduino Nano开发板

●    Gravity红外CO2传感器V1.1

●    跳线

●    0.96英寸SPI OLED显示模块

●    面包板

Gravity红外CO2传感器

Gravity红外CO2传感器V1.1（Gravity Infrared CO2 Sensor）是DFRobot发布的最新高精度模拟红外二氧化碳传感器。该传感器基于非分散红外（NDIR）技术，具有良好的选择性和无氧依赖性。它集成了温度补偿并支持DAC输出。该传感器的有效测量范围为0至5000ppm，精度为±50ppm + 3％。该红外CO2传感器可用于HVAC、室内空气质量监测、工业过程和安全保护监测、农业和畜牧业生产过程监测。

红外CO2传感器的引脚排列：

如前所述，红外CO2传感器带有一个3针的连接器。

0.96英寸OLED显示模块

OLED（有机发光二极管）是一种自发光技术，通过在两个导体之间放置一系列有机薄膜制成的。当电流施加到这些膜时，产生亮光。 OLED使用的技术与电视相同，但像素比大多数电视都要少。

对于本文，我们使用的是单色7引脚SSD1306 0.96英寸OLED显示屏。它可以在三种不同的通信协议上工作：SPI 3线模式、SPI四线模式和I2C模式。引脚及其功能在下表中说明：

电路原理图

下面给出了用于Arduino与Gravity模拟红外CO2传感器连接的电路图：

电路非常简单，因为我们仅需要将重Gravity红外CO2传感器、OLED显示模块与Arduino Nano连接在一起。红外CO2传感器和OLED显示模块均由+ 5V和GND供电。 CO2传感器的信号（模拟输出）引脚连接到Arduino Nano的A0引脚。由于OLED显示模块使用SPI通信，因此我们在OLED模块和Arduino Nano之间建立了SPI通信。

根据电路图连接硬件后，其效果应如下所示：

测量CO2浓度的Arduino代码

该代码使用了Adafruit_GFX和Adafruit_SSD1306库。这些库可以从Arduino IDE的库管理器中下载并从那里安装。为此，请打开Arduino IDE并转到Sketch > Include Library > Manage Libraries。现在搜索Adafruit GFX并安装Adafruit的Adafruit GFX库。

同样，通过Adafruit安装Adafruit SSD1306库。红外CO2传感器不需要任何库，因为我们直接从Arduino的模拟引脚读取电压值。

将库安装到Arduino IDE之后，首先在代码中包含所需的库文件。

1. #include <SPI.h>
   
2. #include <Adafruit_GFX.h>
   
3. #include <Adafruit_SSD1306.h>

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然后，定义OLED的宽度和高度。在本文中，我们使用的是128×64 SPI OLED显示屏。您可以根据自己的显示更改SCREEN_WIDTH和SCREEN_HEIGHT变量。

1. #define SCREEN_WIDTH 128
   
2. #define SCREEN_HEIGHT 64

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然后定义连接OLED显示屏的SPI通信引脚。

1. #define OLED_MOSI   9
   
2. #define OLED_CLK   10
   
3. #define OLED_DC    11
   
4. #define OLED_CS    12
   
5. #define OLED_RESET 13

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然后，使用前面通过SPI通信协议定义的宽度和高度创建一个Adafruit显示实例。

1. Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, OLED_MOSI, OLED_CLK, OLED_DC, OLED_RESET, OLED_CS);
   

复制代码

之后，定义连接二氧化碳传感器的Arduino引脚。

1. int sensorIn = A0;

复制代码

现在，在setup()函数中，以9600的波特率初始化串口监视器，以进行调试。同样，使用begin()函数初始化OLED显示屏。

1. Serial.begin(9600);
   
2. display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC);
   
3. analogReference(DEFAULT);

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在loop()函数中，首先调用AnalogRead()函数在Arduino的Analog引脚上读取信号值。之后，将这些模拟信号值转换为电压值。

1. void loop(){
   
2.   int sensorValue = analogRead(sensorIn);
   
3.   float voltage = sensorValue*(5000/1024.0);

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之后，比较电压值。如果电压为0 V，则表示传感器发生了一些问题。如果电压大于0 V但小于400 V，则表示传感器仍处于预热过程中。

1. if(voltage == 0)
   
2.   {
   
3.     Serial.println("Fault");
   
4.   }
   
5.   else if(voltage < 400)
   
6.   {
   
7.     Serial.println("preheating");
   
8.   }

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如果电压等于或大于400 V，则将其转换为CO2浓度值。

1. else
   
2.   {
   
3.     int voltage_diference=voltage-400;
   
4.     float concentration=voltage_diference*50.0/16.0;

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之后，使用setTextSize()和setTextColor()设置文本大小和文本颜色。

1. display.setTextSize(1);
   
2. display.setTextColor(WHITE);

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然后在接下来的代码中，使用setCursor(x,y) 函数定义文本开始的位置。然后使用display.println()函数在OLED显示屏上打印CO2值。

1.     display.println("CO2");
   
2.     display.setCursor(63,43);
   
3.     display.println("(PPM)");
   
4.     display.setTextSize(2);
   
5.     display.setCursor(28,5);
   
6.     display.println(concentration);

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最后，调用display()函数在OLED显示屏上显示文本。

1. display.display();
   
2. display.clearDisplay();

复制代码

使用Arduino测试Gravity红外CO2传感器的连接

一旦硬件和代码准备就绪，就可以测试传感器了。将Arduino连接到笔记本电脑，选择Board和Port，然后单击上载按钮。然后打开串口监视器，等待一段时间（预热过程），然后您将看到最终数据。

这些值将显示在OLED显示屏上，如下所示：

注意：在使用传感器之前，让传感器加热约24小时以获取正确的PPM值。首次给传感器供电时，输出的CO2浓度为1500 PPM至1700PPM，经过24小时的加热过程后，输出的CO2浓度降低至450 PPM至500 PPM，这是正确的PPM值。因此有必要在使用传感器测量CO2浓度之前对其进行校准。

以上就是使用红外CO2传感器测量空气中准确的CO2浓度的方式。如果您有任何疑问，请随时在本帖下面进行回复。