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Arduino Nano - Sensor de CO2 SCD40

Este tutorial ensina você a usar o Arduino Nano para ler o nível de dióxido de carbono (CO2) de um ambiente com o sensor SCD40. Em detalhes, vamos aprender:

Como conectar o Arduino Nano ao módulo sensor de CO2 SCD40 por I2C
Como programar o Arduino Nano para ler a concentração de CO2 em ppm e julgar se o ar está fresco ou abafado
Como ler os valores de temperatura e umidade que o mesmo módulo também fornece

Sugerimos:

Utilizar o SCD40 (este tutorial) quando você precisa do valor real de CO2, por exemplo para saber quando abrir uma janela em uma sala de aula ou escritório.
Utilizar um sensor de gás MQ2 se você quer apenas detectar fumaça ou vazamentos de gás inflamável.

Hardware Necessário

1	×	Official Arduino Nano
1	×	Alternatively, DIYables Nano V3.0 Development Board
1	×	Cabo USB A para Mini-B
1	×	SCD40 CO2 Sensor Module
1	×	Protoboard
1	×	Fios Jumper
1	×	(Recomendado) Placa de Expansão com Bornes de Parafuso para Arduino Nano
1	×	(Recomendado) Placa de Expansão Breakout para Arduino Nano
1	×	(Recomendado) Divisor de Alimentação para Arduino Nano

Or you can buy the following kits:

DIYables Sensor Kit (18 sensors/displays)

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Sobre o Sensor de CO2 SCD40

Pinagem do Sensor de CO2 SCD40

O SCD40 da Sensirion mede o CO2 real com sensoriamento NDIR fotoacústico. Dentro de sua pequena câmara, uma luz infravermelha pisca ligando e desligando. O CO2 absorve parte dessa luz e cria um minúsculo "som" de pressão, que um microfone embutido capta: quanto mais CO2, mais forte o sinal. Como ele mede o próprio gás, seu valor é muito mais confiável do que a estimativa "eCO2" de sensores como o MQ135 ou o CCS811.

	SCD40
Tensão de Operação	2.4V a 5.5V
Interface	I2C (endereço 0x62)
Faixa de Saída de CO2	0 a 40,000 ppm
Precisão de CO2	±(50 ppm + 5% da leitura), de 400 a 2,000 ppm
Taxa de Leitura	um valor a cada 5 segundos (a cada 30 segundos no modo de baixo consumo)
Precisão de Temperatura	±0.8°C (15°C a 35°C)
Precisão de Umidade	±6 %RH (15°C a 35°C, 20 a 65 %RH)
Corrente Média	cerca de 15 mA a 3.3V

O módulo SCD40 tem quatro pinos:

Pino VCC: deve ser conectado ao VCC (5V ou 3.3V)
Pino GND: deve ser conectado ao GND (0V)
Pino SDA: linha de dados I2C, deve ser conectado ao pino SDA do Arduino Nano (A4)
Pino SCL: linha de clock I2C, deve ser conectado ao pino SCL do Arduino Nano (A5)

A maioria das placas breakout SCD40 já tem resistores de pull-up I2C, então nenhum resistor extra é necessário.

※ Nota:

A disposição dos pinos em um módulo pode variar de um fabricante para outro. Algumas placas indicam o VCC como VIN. É essencial sempre consultar os rótulos impressos no módulo ao usá-lo. Observe com atenção!

Como Ler o Valor de CO2

O CO2 é medido em ppm (partes por milhão). A tabela abaixo é um guia simples para o ar em ambientes internos:

Nível de CO2	Significado
Cerca de 400 ppm	Ar fresco externo
400 a 1000 ppm	Bom ar interno
1000 a 2000 ppm	Ar abafado, abra uma janela
Acima de 2000 ppm	Ar ruim, dor de cabeça ou sonolência são possíveis

O SCD40 tem Autocalibração Automática (ASC), que vem ATIVADA por padrão. Ela assume que o sensor vê ar fresco, de nível externo (cerca de 400 ppm), pelo menos uma vez por semana, idealmente por uma hora ou mais. Então, ventile o ambiente de vez em quando. Além disso, as primeiras leituras após ligar podem ser menos precisas enquanto o sensor aquece.

Diagrama de Ligação

O módulo SCD40 conversa com o Arduino Nano por I2C, então ele usa os pinos A4 (SDA) e A5 (SCL) do Arduino Nano.

The wiring diagram between Arduino Nano and SCD40 CO2 sensor

This image is created using Fritzing. Click to enlarge image

Veja A melhor forma de alimentar o Arduino Nano e outros componentes.

Módulo SCD40	Arduino Nano
VCC	5V
GND	GND
SDA	A4
SCL	A5

Como Programar o Sensor de CO2 SCD40

O primeiro passo é incluir as bibliotecas:

#include <Arduino.h> #include <SensirionI2cScd4x.h> #include <Wire.h>

Declare um objeto SCD4x:

SensirionI2cScd4x scd4x;

No setup(), inicie o barramento I2C e conecte o sensor no endereço 0x62:

Wire.begin(); scd4x.begin(Wire, SCD40_I2C_ADDR_62);

Faça um início limpo e depois comece a medição periódica:

scd4x.wakeUp(); scd4x.stopPeriodicMeasurement(); scd4x.reinit(); scd4x.startPeriodicMeasurement();

No loop(), verifique se um novo valor está pronto e depois leia-o:

bool dataReady = false; scd4x.getDataReadyStatus(dataReady); if (dataReady) { scd4x.readMeasurement(co2, temperature, humidity); }

Toda função retorna um código de erro. Quando ele não é 0, pode ser convertido em texto:

errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage);

Código Arduino Nano para o Sensor de CO2 SCD40

O código abaixo imprime o valor de CO2 em ppm, seguido de uma palavra simples (Good, Moderate ou Poor) com base na tabela guia acima.

/* * Este código de Arduino Nano foi desenvolvido por pt.newbiely.com * Este código de Arduino Nano é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição. * Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite: * https://pt.newbiely.com/tutorials/arduino-nano/arduino-nano-scd40-co2-sensor */ // Arduino Nano + SCD40: read the CO2 level (ppm) // I2C wiring on Arduino Nano: SDA -> A4, SCL -> A5 #include <Arduino.h> #include <SensirionI2cScd4x.h> #include <Wire.h> SensirionI2cScd4x scd4x; // create the SCD40 object char errorMessage[64]; // buffer for error text int16_t error; void setup() { Serial.begin(9600); Wire.begin(); // Arduino Nano default I2C pins: A4 (SDA), A5 (SCL) scd4x.begin(Wire, SCD40_I2C_ADDR_62); // Clean start: wake up, stop any old measurement, reload settings scd4x.wakeUp(); // may return an error if the sensor is already awake - ignore it scd4x.stopPeriodicMeasurement(); scd4x.reinit(); // Start periodic measurement: a new value every 5 seconds error = scd4x.startPeriodicMeasurement(); if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Cannot start measurement: "); Serial.println(errorMessage); } Serial.println("SCD40 started. Waiting for the first CO2 value..."); } void loop() { bool dataReady = false; uint16_t co2 = 0; float temperature = 0.0f; // not used in this sketch float humidity = 0.0f; // not used in this sketch delay(1000); // Check if a new measurement is ready error = scd4x.getDataReadyStatus(dataReady); if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Data ready error: "); Serial.println(errorMessage); return; } if (!dataReady) { return; // not ready yet, try again in 1 second } // Read the measurement (CO2, temperature, humidity come together) error = scd4x.readMeasurement(co2, temperature, humidity); if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Read error: "); Serial.println(errorMessage); return; } Serial.print("CO2: "); Serial.print(co2); Serial.print(" ppm -> "); Serial.println(airQuality(co2)); } // Turn the ppm value into a simple word const char* airQuality(uint16_t ppm) { if (ppm < 1000) return "Good"; if (ppm < 2000) return "Moderate - open a window"; return "Poor"; }

Passos Rápidos

Se esta é a primeira vez que você usa o Arduino Nano, veja como configurar o ambiente para o Arduino Nano na Arduino IDE.
Ligue os componentes como mostrado no diagrama.
Conecte a placa Arduino Nano ao seu computador usando um cabo USB.
Abra a Arduino IDE no seu computador e selecione a placa Arduino Nano e sua porta COM.
Clique no ícone Libraries na barra à esquerda da Arduino IDE.
Pesquise "SCD4x" e encontre a biblioteca Sensirion I2C SCD4x da Sensirion.
Clique no botão Install para instalar a biblioteca.

Search for Sensirion I2C SCD4x created by Sensirion and click the Install button.

Newbiely | Arduino IDE 2.3.8

──

☐

Library Manager

Sensirion I2C SCD4x

All

Sensirion I2C SCD4x by Sensirion

Enables you to use the SCD4X sensor family via I2C. More info

1.1.0

INSTALL

Newbiely.ino

···

1 void setup() {

Output

Serial Monitor

Ln 1, Col 1

Arduino Nano on COM15

Será solicitado que você instale a dependência. Clique no botão Install All para instalar a biblioteca Sensirion Core.
Copie o código acima e cole-o na Arduino IDE.
Clique no botão Upload para fazer o upload do código para o Arduino Nano.
Abra o Serial Monitor e defina o baud rate como 9600.
Respire suavemente em direção ao sensor, a uma curta distância, e observe o valor subir; depois deixe-o se estabilizar.

Newbiely | Arduino IDE 2.3.8

──

☐

Newbiely.ino

···

8 Serial.println("Hello World!");

Output

Serial Monitor

Message (Enter to send message to 'Arduino Nano' on 'COM15')

New Line

9600 baud

SCD40 started. Waiting for the first CO2 value... CO2: 538 ppm -> Good CO2: 541 ppm -> Good CO2: 547 ppm -> Good CO2: 812 ppm -> Good CO2: 1367 ppm -> Moderate - open a window CO2: 1184 ppm -> Moderate - open a window CO2: 903 ppm -> Good CO2: 692 ppm -> Good

Ln 11, Col 1

Arduino Nano on COM15

Uma nova linha aparece a cada 5 segundos, aproximadamente, porque é com essa frequência que o SCD40 faz uma nova medição.

Lendo a Temperatura e a Umidade do SCD40

O SCD40 também tem seu próprio sensor de temperatura e umidade. O sensor o usa internamente para corrigir o valor de CO2, mas você também pode lê-lo. Na verdade, readMeasurement() já retorna os três valores de uma só vez, então o código só precisa imprimi-los.

Código Arduino Nano para o SCD40 - CO2, Temperatura e Umidade

/* * Este código de Arduino Nano foi desenvolvido por pt.newbiely.com * Este código de Arduino Nano é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição. * Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite: * https://pt.newbiely.com/tutorials/arduino-nano/arduino-nano-scd40-co2-sensor */ // Arduino Nano + SCD40: read CO2, temperature and humidity // I2C wiring on Arduino Nano: SDA -> A4, SCL -> A5 #include <Arduino.h> #include <SensirionI2cScd4x.h> #include <Wire.h> SensirionI2cScd4x scd4x; // create the SCD40 object char errorMessage[64]; int16_t error; void setup() { Serial.begin(9600); Wire.begin(); // A4 = SDA, A5 = SCL scd4x.begin(Wire, SCD40_I2C_ADDR_62); scd4x.wakeUp(); // ignore the result scd4x.stopPeriodicMeasurement(); scd4x.reinit(); error = scd4x.startPeriodicMeasurement(); if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Cannot start measurement: "); Serial.println(errorMessage); } Serial.println("SCD40 started (CO2 + temperature + humidity)"); } void loop() { bool dataReady = false; uint16_t co2 = 0; float temperature = 0.0f; float humidity = 0.0f; delay(1000); error = scd4x.getDataReadyStatus(dataReady); if (error || !dataReady) { return; // no new data yet } error = scd4x.readMeasurement(co2, temperature, humidity); if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Read error: "); Serial.println(errorMessage); return; } Serial.print("CO2: "); Serial.print(co2); Serial.print(" ppm | Temperature: "); Serial.print(temperature, 1); Serial.print("°C | Humidity: "); Serial.print(humidity, 1); Serial.println("%"); }

Passos Rápidos

Mantenha a mesma ligação.
Copie o código acima e abra-o na Arduino IDE.
Clique no botão Upload para fazer o upload do código para o Arduino Nano.
Abra o Serial Monitor.

Newbiely | Arduino IDE 2.3.8

──

☐

Newbiely.ino

···

8 Serial.println("Hello World!");

Output

Serial Monitor

Message (Enter to send message to 'Arduino Nano' on 'COM15')

New Line

9600 baud

Ln 11, Col 1

Arduino Nano on COM15

※ Nota:

O valor de temperatura serve principalmente para ajudar na medição de CO2, então pode diferir um pouco de um termômetro de ambiente. Para uma leitura dedicada de temperatura e umidade, um sensor como o DHT22 é uma escolha melhor.

Conhecimento Adicional

Vamos comparar o SCD40 e o sensor de gás MQ2.

	SCD40	MQ2
O que mede	CO2 real em ppm	nível geral de GLP, fumaça, álcool, metano etc.
Método de detecção	NDIR fotoacústico	elemento de óxido metálico aquecido
Saída	digital (I2C)	tensão analógica e limiar digital
Dados extras	temperatura e umidade	nenhum
Aquecimento	algumas leituras	5-10 minutos (24-48 horas se ficou guardado por muito tempo)

É evidente que o SCD40 é a escolha certa para qualidade do ar interno e ventilação, enquanto o MQ2 é feito para alarmes de vazamento de gás e fumaça.

Vídeo

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