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ESP8266 - Ethernet

ESP8266 - Sensor de CO2 SCD40

Este tutorial ensina você a usar o ESP8266 para medir o nível de CO2 de um ambiente com o sensor Sensirion SCD40. Em detalhes, vamos aprender:

Como conectar o ESP8266 NodeMCU ao módulo sensor de CO2 SCD40 por I2C
Como programar o ESP8266 para ler o valor de CO2 em ppm e mostrar se o ar está bom ou parado
Como obter a temperatura e a umidade do mesmo módulo SCD40

Sugerimos:

Utilizar o sensor de gás MQ2 se você quer detectar fumaça ou vazamentos de gás em vez de CO2.
Utilizar o sensor DHT11 se você só precisa de temperatura e umidade a baixo custo.

Hardware Necessário

1	×	ESP8266 NodeMCU ESP-12F
1	×	Alternatively, ESP8266 D1 Mini NodeMCU ESP-12F
1	×	Alternatively, ESP8266 NodeMCU ESP-12E (Uno-form)
1	×	Micro USB Cable
1	×	Alternatively, ESP8266 NodeMCU ESP-12F (SMD-form)
1	×	Cabo USB Tipo-A para Tipo-C (para PC com USB-A)
1	×	Cabo USB Tipo-C para Tipo-C (para PC com USB-C)
1	×	SCD40 CO2 Sensor Module
1	×	Protoboard
1	×	Fios Jumper
1	×	(Recomendado) Placa de Expansão com Bornes de Parafuso para ESP8266

Or you can buy the following kits:

DIYables Sensor Kit (18 sensors/displays)

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Sobre o Sensor de CO2 SCD40

Muitos sensores baratos de "qualidade do ar" apenas estimam o nível de CO2 (eles dão um valor "eCO2"). O SCD40 da Sensirion realmente mede o CO2. Ele usa sensoriamento NDIR fotoacústico: uma minúscula luz infravermelha pulsa dentro da câmara do sensor, as moléculas de CO2 absorvem parte dessa luz e criam um "som" de pressão muito pequeno, e um microfone embutido o mede. Mais CO2 significa um sinal mais forte. O módulo também tem dentro dele um sensor de temperatura e umidade, que ele usa para corrigir o valor de CO2.

	SCD40
Tensão de alimentação	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 novo valor a cada 5 segundos (modo de baixo consumo	a cada 30 segundos)
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

Pinagem do Sensor de CO2 SCD40

O módulo SCD40 tem quatro pinos:

Pino VCC: deve ser conectado ao 3.3V do ESP8266 (o módulo aceita de 2.4V a 5.5V)
Pino GND: deve ser conectado ao GND (0V)
Pino SCL: a linha de clock I2C, deve ser conectado ao pino SCL do ESP8266
Pino SDA: a linha de dados I2C, deve ser conectado ao pino SDA do ESP8266

A maioria dos módulos breakout SCD40 já tem resistores de pull-up em SCL e SDA, então nenhum resistor extra é necessário.

※ Nota:

A ordem dos pinos não é a mesma em todos os módulos. Algumas placas imprimem VIN em vez de VCC. Sempre olhe os rótulos do seu próprio módulo antes de ligar.

O Que Significa o Valor de CO2?

O CO2 é medido em ppm (partes por milhão). O ar fresco externo fica em torno de 400 ppm. Em um ambiente fechado, cada pessoa expira CO2, então o número sobe.

Nível de CO2	Qualidade do ar	O que fazer
cerca de 400 ppm	Ar externo	nada
400 - 1000 ppm	Bom ar interno	nada
1000 - 2000 ppm	Abafado	abra uma janela
acima de 2000 ppm	Ruim	ventile agora, dor de cabeça e sonolência são possíveis

Calibração e Aquecimento

A autocalibração automática (ASC) 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 coloque o sensor onde o ar fresco chegue até ele de vez em quando, por exemplo perto de uma janela que você abre todo dia. Além disso, as primeiras leituras depois de ligar podem ser menos precisas. Isso é normal.

Diagrama de Ligação

O ESP8266 é uma placa de 3.3V, então alimente o SCD40 pelo pino 3V3. Conecte as linhas I2C aos pinos I2C padrão do NodeMCU: D2 (GPIO4) é o SDA e D1 (GPIO5) é o SCL.

The wiring diagram between ESP8266 NodeMCU and SCD40 CO2 sensor

This image is created using Fritzing. Click to enlarge image

Para mais informações, veja Pinagem do ESP8266 e como alimentar o ESP8266 e outros componentes.

Módulo SCD40	ESP8266 NodeMCU
VCC	3.3V
GND	GND
SDA	D2 (GPIO4)
SCL	D1 (GPIO5)

Como Programar o Sensor de CO2 SCD40

O primeiro passo é incluir as bibliotecas:

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

Crie o objeto do sensor:

SensirionI2cScd4x scd4x;

Inicie o barramento I2C nos pinos padrão do ESP8266 e diga à biblioteca onde está o sensor:

Wire.begin(); // SDA = D2, SCL = D1 scd4x.begin(Wire, SCD40_I2C_ADDR_62);

Faça um início limpo e depois comece a medição periódica (uma leitura a cada 5 segundos):

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

No loop(), verifique se uma nova leitura está pronta e depois leia-a:

bool dataReady = false; scd4x.getDataReadyStatus(dataReady); if (dataReady) { uint16_t co2 = 0; float temperature = 0.0f; float humidity = 0.0f; scd4x.readMeasurement(co2, temperature, humidity); }

Toda função retorna um código de erro. Se ele não for 0, errorToString() o transforma em uma mensagem legível, como você verá no código completo.

Código ESP8266 para o SCD40 - Ler o CO2

Este código imprime apenas o valor de CO2 e uma palavra curta sobre a qualidade do ar: Good, Moderate ou Poor.

/* * Este código de ESP8266 NodeMCU foi desenvolvido por pt.newbiely.com * Este código de ESP8266 NodeMCU é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição. * Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite: * https://pt.newbiely.com/tutorials/esp8266/esp8266-scd40-co2-sensor */ /* * ESP8266 NodeMCU - read CO2 (ppm) from the Sensirion SCD40 sensor * * Wiring (default I2C pins of the NodeMCU): * SCD40 VCC -> 3.3V * SCD40 GND -> GND * SCD40 SDA -> D2 (GPIO4) * SCD40 SCL -> D1 (GPIO5) * * Library: "Sensirion I2C SCD4x" by Sensirion (+ dependency "Sensirion Core") */ #include <Arduino.h> #include <SensirionI2cScd4x.h> #include <Wire.h> SensirionI2cScd4x scd4x; char errorMessage[64]; int16_t error; void setup() { Serial.begin(9600); delay(100); Wire.begin(); // ESP8266 default I2C: SDA = D2, SCL = D1 scd4x.begin(Wire, SCD40_I2C_ADDR_62); // Clean start: wake up the sensor, 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 mode: one new reading every 5 seconds error = scd4x.startPeriodicMeasurement(); if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Cannot start measurement: "); Serial.println(errorMessage); return; } Serial.println("SCD40 started. The first reading arrives in about 5 seconds..."); } void loop() { delay(1000); // check about once per second // Is a new reading ready? bool dataReady = false; error = scd4x.getDataReadyStatus(dataReady); if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Data-ready check failed: "); Serial.println(errorMessage); return; } if (!dataReady) { return; // not yet, try again in the next loop } // Read the measurement (CO2, temperature and humidity come together) uint16_t co2 = 0; float temperature = 0.0f; float humidity = 0.0f; error = scd4x.readMeasurement(co2, temperature, humidity); if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Read failed: "); Serial.println(errorMessage); return; } // Only CO2 is printed in this example Serial.print("CO2: "); Serial.print(co2); Serial.print(" ppm -> "); Serial.println(airQuality(co2)); } // Turn a CO2 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 - ventilate now"; }

Passos Rápidos

Para começar com o ESP8266 na Arduino IDE, siga estes passos:

Confira o tutorial como configurar o ambiente para o ESP8266 na Arduino IDE se esta é a sua primeira vez usando o ESP8266.
Ligue os componentes como mostrado no diagrama.
Conecte a placa ESP8266 ao seu computador usando um cabo USB.
Abra a Arduino IDE no seu computador.
Escolha a placa ESP8266 correta, como (por exemplo, NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)), e a respectiva porta COM.
Clique no ícone Libraries na barra à esquerda da Arduino IDE.
Pesquise "SCD4x" e depois localize a biblioteca Sensirion I2C SCD4x da Sensirion.
Pressione o botão Install. Quando for solicitado que você instale a dependência Sensirion Core, clique em Install All.

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

Nodemcu 1.0 (ESP-12E Module) on COM15

Copie o código acima e abra-o com a Arduino IDE.
Clique no botão Upload na Arduino IDE para compilar e fazer o upload do código para o ESP8266.
Abra o Serial Monitor e espere cerca de 5 segundos pelo primeiro valor.
Respire suavemente em direção ao sensor, ou feche a porta de uma sala pequena, e observe o valor de CO2 subir.

Newbiely | Arduino IDE 2.3.8

──

☐

Newbiely.ino

···

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

Output

Serial Monitor

Message (Enter to send message to 'Nodemcu 1.0 (ESP-12E Module)' on 'COM15')

New Line

9600 baud

SCD40 started. The first reading arrives in about 5 seconds... CO2: 538 ppm -> Good CO2: 541 ppm -> Good CO2: 547 ppm -> Good CO2: 812 ppm -> Good CO2: 1164 ppm -> Moderate - open a window CO2: 1097 ppm -> Moderate - open a window CO2: 873 ppm -> Good CO2: 702 ppm -> Good

Ln 11, Col 1

Nodemcu 1.0 (ESP-12E Module) on COM15

※ Nota:

Se você vir uma mensagem de erro em vez de números, verifique se o SDA vai para o D2 e o SCL vai para o D1. Trocar esses dois fios é o erro mais comum.

Lendo a Temperatura e a Umidade do SCD40

O SCD40 fornece três valores em cada leitura: CO2, temperatura e umidade. No código acima, readMeasurement() já preenche as variáveis de temperatura e umidade, só não as imprimimos. O código abaixo imprime os três valores. Observe que o sensor fica sobre uma placa quente, então sua temperatura pode ser um pouco mais alta do que a temperatura real do ambiente.

/* * Este código de ESP8266 NodeMCU foi desenvolvido por pt.newbiely.com * Este código de ESP8266 NodeMCU é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição. * Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite: * https://pt.newbiely.com/tutorials/esp8266/esp8266-scd40-co2-sensor */ /* * ESP8266 NodeMCU - read CO2, temperature and humidity from the SCD40 * * Wiring (default I2C pins of the NodeMCU): * SCD40 VCC -> 3.3V * SCD40 GND -> GND * SCD40 SDA -> D2 (GPIO4) * SCD40 SCL -> D1 (GPIO5) * * Library: "Sensirion I2C SCD4x" by Sensirion (+ dependency "Sensirion Core") */ #include <Arduino.h> #include <SensirionI2cScd4x.h> #include <Wire.h> SensirionI2cScd4x scd4x; char errorMessage[64]; int16_t error; void setup() { Serial.begin(9600); delay(100); Wire.begin(); // SDA = D2, SCL = D1 scd4x.begin(Wire, SCD40_I2C_ADDR_62); scd4x.wakeUp(); // an error here is normal if the sensor is already awake scd4x.stopPeriodicMeasurement(); scd4x.reinit(); error = scd4x.startPeriodicMeasurement(); // new data every 5 seconds if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Cannot start measurement: "); Serial.println(errorMessage); } } void loop() { delay(1000); bool dataReady = false; error = scd4x.getDataReadyStatus(dataReady); if (error || !dataReady) { return; // no new data yet } uint16_t co2 = 0; float temperature = 0.0f; // in degrees Celsius float humidity = 0.0f; // in %RH error = scd4x.readMeasurement(co2, temperature, humidity); if (error) { errorToString(error, errorMessage, sizeof errorMessage); Serial.print("Read failed: "); Serial.println(errorMessage); return; } // Print all three values on one line Serial.print("CO2: "); Serial.print(co2); Serial.print(" ppm | Temperature: "); Serial.print(temperature, 1); Serial.print("\xC2\xB0"); // degree symbol Serial.print("C | Humidity: "); Serial.print(humidity, 1); Serial.println(" %"); }

Faça o upload da mesma forma e 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 'Nodemcu 1.0 (ESP-12E Module)' on 'COM15')

New Line

9600 baud

Ln 11, Col 1

Nodemcu 1.0 (ESP-12E Module) on COM15

Vídeo

Conhecimento Adicional

Vamos comparar o SCD40 com o sensor de gás MQ2 usado no tutorial ESP8266 - Sensor de Gás.

	SCD40	MQ2
O que mede	CO2 real em ppm	uma mistura de gases (GLP, fumaça, metano...)
Saída	valor digital I2C	tensão analógica + limiar digital
Unidade	ppm	sem unidade (valor bruto)
Dados extras	temperatura e umidade	nenhum
Aquecimento	algumas leituras	vários minutos (24 - 48 horas quando novo)
Melhor para	ventilação de ambientes, salas de aula, escritórios	alarmes de vazamento de gás e fumaça

É evidente que o SCD40 é a escolha certa quando você precisa de um número verdadeiro de CO2 para saber quando abrir uma janela, enquanto o MQ2 é melhor para detectar gás perigoso ou fumaça.

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※ NOSSAS MENSAGENS

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