Čidlo CO2 SCD41 prakticky
- July 05 2021
- Zdroje, měniče
- 3987x Přečteno
![](images/articles/SCD41-prakticky/SCD41_prakticky.jpg)
Nedávno jsem zakoupil čidlo CO2 fungující na fotoakustickém principu. Což je naprosto odlišný princip od jiných čidel CO2, které fungují zejména na principu optické detekce, tzv. NDIR.
Použití fotoakustické technologie u čidla SCD41 mu dává jedinečné vlastnosti. Firma Sensirion navíc dodává knihovny pro platfomu Arduino, čímž integraci toho čidla do vašeho projektu značně urychluje.
Pojďme se na toto čidlo podívat :-)
Porovnání technologie
Abychom lépe porozuměli použité technologii, pojďme si vysvětlit technologii NDIR a PASens® (Photoacoustic sensor technology).
Photoacoustic sensor technology - (PASens®)
Na obrázku výše je technologie velmi jasně naznačena. V čidle je zdroj IR záření a mikrofon. Světlo z zdroje IR je skrze IR filter očištěno a vyzařováno do uzavřeného čidla. Absorbovaná energie molekul CO2 způsobí zvýšený tlak v obalu čidla - molekuly CO2 začnou vibrovat. Tento zvýšený tlak je závislý na koncentraci CO2 a je jeho změna je měřena mikrofonem.
![](https://chiptron.cz/images/articles/SCD41-prakticky/NDIRpinout.jpg)
Zdroj: https://www.mdpi.com/2076-3417/9/2/309/htm
Non Dispersive Infra-Red - (NDIR)
Čidla používají k měření koncentrace CO2 optickou detekci zvanou NDIR.
Princip je jednoduchý, molekuly CO2 absorbují některé vlnové délky z infračerveného spektra. Na jedné straně trubice je emitor infračerveného záření, na straně druhé je pak čidlo s filtrem, který tuto absorpci detekuje a měří.
SEK-SCD41-Sensor
Výhody čidla SCD41 jsou pak následující - široký rozsah napájení (od 2.4 do 5.5V). Velmi dobrá přesnost +-40 ppm a +-5% z měřené hodnoty, široký rozsah měření koncentrace CO2 (400 - 5000 ppm) a také velmi nízká spotřeba.
400 uA při jednorázovém měření 1x 5 minut s napájením 5V.
U samotného čidla CO2 je zároveň i čidlo pro měření teploty a vlhkosti.
Firma Sensirion zároveň připravila pro bastlíře i knihovnu jak pro platformu Arduino, tak i jednodeskové počítače Raspberry Pi s názornými příklady.
Knihovna pro Arduino: https://github.com/Sensirion/arduino-i2c-scd4x
Knihovna pro Raspberry Pi: https://github.com/Sensirion/raspberry-pi-i2c-scd4x
Můžete také použít knihovnu od Sparkfun, který vyrábí vlastní modul s SCD41:https://github.com/sparkfun/SparkFun_SCD4x_Arduino_Library
Modul SEK-SCD41-Sensor je velmi prakticky malý - uprostřed je čidlo, po stranách vývody na I2C sběrnici.
![](images/articles/SCD41-prakticky/SCD41_pinout.jpg)
Díky Arduino knihovně mi integrace do stávajícho projektu s ESP32, čidlem teploty a vlhkosti SHT40 a CO2 čidlem CozIR-LP zabrala jen pár minut.
Napájecí rozsah SCD41 je od 2.4 do 5.5V, použít tak můžete jak 3.3V desky, tak i ty 5V.
Porovnání
Porovnání mezi CozIR-LP (psal jsem o něm tady) a SCD41 ukládám jen chvíli, ale už během několika desítek hodin mohu udělat první srovnání.
Měření koncentrace CO2
Odezva na změnu koncentrace je u čidla CozIR-LP mnohem rychlější. V grafu lze vidět i menší změny koncentrace, SCD41 tyto změny - díky pomalejšímu měření - pak tyto krátkodobé výkyvy nejsou patrné.
Další zajímavou informací je samotná hodnota CO2 - SCD41 by potřeboval zkalibrovat na čerstvém vzduchu - stejně jako to dělám s CozIR-LP.
Že se jedná pouze o nutnou kalibraci lze vidět z grafu - hodnota z SCD41 je zvýšená o stejnou hodnotu napříč celým měřením.
Připomenu, že přesnost měření CO2 u SCD41 je +-40ppm a +-5% z měřené hodnoty.
Měření teploty
SCD41 má uvnitř i čidlo teploty a vlhkosti. Já hodnotu v grafu porovnával s SHT40.
Nemile mě překvapil rozdíl teplot i cca 1 °C mezi SHT40 a SCD41. Což se ale vysvětlilo v katalogovém listu.
SCD41 (vlevo) vs. SHT40 (vpravo)
V katalogovém listu je přímo zmíněno, že teplotní offset musí být nastaven přímo ve finální aplikaci zákazníka. V mém případě by to tak byla kompenzace cca + 1°C.
Pokud bych tuto hodnotu aplikoval na celý změřený rozsah, finální hodnota by byla mnohem blíže reálně teplotě.
Navíc, v katalogovém listu je přenost čidla udávána jako +- 0.8 °C (pro rozsah od 15 - 35 °C).
Závěr
Pokud vezmu v potaz všechny parametry čidla SCD41 i s nějakou nutností kalibrace - čerstvý vzduch, nastavení offsetu teplotního čidla, pomalejší reakci na změnu - a přidám k tomu velmi důležitý parametr - cena, pak mi vychází, že je to velmi povedené čidlo.
Za cenu cca 1200 Kč (celý modul) dostanete čidlo, které měří dostatečně přesně pro běžné účely, navíc s čidlem teploty, výstupem na I2C sběrnici a širokým napájecím rozsahem. Připojit ho tak můžete od ESP8266, ESP32 až po Arduino Uno.
TIP: pokud hledáte 3D tištěnou krabičku, pro tento modul, najdete ji na https://pinshape.com/items/105926-3d-printed-case-for-sek-scd41-with-air-vent