寝室に置いてみたいので ESP8266 (ESP-WROOM-02) で動かして GrowthForecast にポストするようにしてみた。

MH-Z19 を PWM 経由で読んでいる loop 関数だけ抜きだすと以下のような感じ。とりあえず割込みは使ってない。

void loop() {
	ArduinoOTA.handle();

	static uint32_t prevTime = 0;
	static uint8_t lastState = 0;
	static uint32_t	th;
	static uint32_t	tl;
	int state = digitalRead(PWM_INPUT);
	if (lastState == state) {
		// nothing to do
	} else {
		lastState = state;
		uint32_t now = millis();
		if (!prevTime) {
			prevTime = now;
			return;
		}
		uint32_t interval = 0;
		if (prevTime <= now) {
			interval = now - prevTime;
		} else {
			interval = 0xffffffff - prevTime + now + 1;
		}
		prevTime = now;
		if (state == 1) {
			tl = interval;
			if (tl && th) {
				uint32_t cycle = tl + th;
				if ((uint16_t)(1004 * 0.95) < cycle && cycle < (uint16_t)(1004 + 1.05)) {
					uint16_t ppm = 5000.0 * ((float)(th - 2) / (float)(cycle - 4));
					Serial.printf("%d ppm (cycle %d / th: %d, tl: %d)\n", ppm, cycle, th, tl);
					gf.post("/home/sensor/co2_1", ppm);

					// reset count
					th = 0; tl = 0;
					prevTime = 0;
				} else {
					// error
					Serial.println("error");
				}
			}
		} else
		if (state == 0) {
			th = interval;
		}
	}
}
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  3. ESP8266 Arduino で CO2 センサー MH-Z19 を読む

Aliexpress で歪みゲージ (ロードセル 1kg) と、HX711 のモジュールを買ったので試してみました。

歪みゲージのつかいかた

歪ませる必要があるので、このように上下に板をつけて挟みこみます。このとき、多少すきまが必要なのでワッシャーなどをかまします。

今回使った歪みゲージのスペックは以下の通りです。(コピペ) また、M4 と M5 のネジが切ってありました。

Rated Load: 1Kg
Rated Output: 1.0mV/V±0.15mV/V
Zero Output: ±0.1mV/V
Creep: 0.03%F.S./30min
Input End: Red+ (power), Black-(power)
Output End: Green+(signal), White-(signal)
Recommended operating voltage: 3 ~ 12 VDC
Maximum operating voltage: 15 VDC
Input Impedance: 1115±10%Ω
Output Impedance: 1000±10%Ω
Protection class: IP65
Total Size: approx. 3.15 x0.50 x 0.50 inch
Cable: 0.8 x 20 cm (diameter x length)
Material: Aluminum Alloy
Weight: 30g

HX711 で読んでみる (Arduino)

手に入れたのは↑のようなモジュールです。適当に配線して読みます。

以下のライブラリを使ってみました。

README の通りにスケールを設定する必要があります。

#include <Arduino.h>
// https://github.com/bogde/HX711
#include "HX711.h"

const int DT_PIN = 2;
const int SCK_PIN = 3;

HX711 scale;

void setup() {
	Serial.begin(9600);
	Serial.println("start");
	scale.begin(DT_PIN, SCK_PIN);

	Serial.print("read:");
	Serial.println(scale.read());

	scale.set_scale();
	scale.tare();

	Serial.print("calibrating...");
	delay(5000);
	Serial.println(scale.get_units(10));

	scale.set_scale(-1536.00);
	scale.tare();

	Serial.print("read (calibrated):");
	Serial.println(scale.get_units(10));
}


void loop() {
	Serial.println(scale.get_units(10), 1);

	scale.power_down();
	delay(500);
	scale.power_up();
}

このようなコードを書いて、

  1. 何ものせずに起動
  2. calibrating... が表示されたらすかさず1円玉を1枚載せる (1g)
  3. 値を読む
  4. scale.set_scale(...); に値を埋めこむ

という方法をとりました。

どんな感じか

こんな感じで値が読めました。1円玉を1つずつ増やして5枚まで載せてみました。

ref.

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  3. 歪みゲージ(ロードセル)と HX711 を使って重量計測する (Arduino)

同級生との飲み会で若干ハメをはずして飲みすぎて久しぶりに激しい二日酔いになってしまった。二日酔いになるたびに二日酔いをすみやかに解消する方法を調べてるけど、結局ないってことはわかっている。

必要なのは時間と水分(分解に必要)なので、スポーツドリンクをこまめに飲みつつ、梅干し純を舐めて、身体をあたためつつ布団で寝ていた。

アサヒグループ食品 梅ぼし純 24粒×10個 -

5.0 / 5.0

梅干し純は気持ち悪いのが軽減されるうえに塩分が得られる。スポーツドリンクにも塩は入っているけど、少なめになっているらしいので、ちょっと追加するのがちょうどいいのではないかという狙い。

MH-Z19 の個体差とキャリブレーションの必要性 | tech - 氾濫原 というのを書きましたが、とりあえず 400ppm 環境は比較的簡単に作れるのだから、それでキャリブレーションしてみることにしました。

その過程でこのセンサの「ゼロキャリブレーション」について誤解していたことがわかりました。 MH-Z19 という格安 CO2 センサを読んでみた | tech - 氾濫原 に追記してありますが、ここでいう「ゼロ」は 400ppm 環境のことであるらしく、0ppm の環境は必要ありませんでした。また「スパンキャリブレーション」は最低でも1000ppm以上、2000ppm以上推奨とのことでした。MH-Z19 のドキュメントではなく MH-Z19B のドキュメントのほうが詳しく書いてあり、こちらを参考にしました。

スパンキャリブレーションはそのような特定環境をつくるのが難しいので、今回は「ゼロキャリブレーション」だけを行ってグラフにしばらく投稿してみました。

ゼロキャリブレーションの方法

窓をあけて換気扇をつけ、周辺環境をできるだけ400ppmに近付けます。最低でも30分ぐらいは換気します。室内であっても十分に換気ができていれば400ppm前後にはできるので、気をつけるのは息を吹きかけないようにする (自分が風上にいないこと) ぐらいです。人間の呼気中の CO2 は 4% (40000ppm) ぐらいなので、普通に影響します。

センサはシリアル経由で繋ぎました。起動に数分時間がかかるので放っておきます。

以下のスクリプトを実行します。

https://github.com/cho45/ruby-mh-z19/blob/master/examples/cal.rb

短いのでコピペすると

#!/usr/bin/env ruby

$LOAD_PATH << "#{File.dirname(__FILE__)}/../lib"

require 'mh-z19'

co2 = MH_Z19::Serial.new(ENV['PORT'])
# wait sensor startup
loop do
	detail =  co2.read_concentration_detail
	p detail
	case detail[:status]
	when 0
		p "booting"
	when 1
		p "startup"
	when 64
		break
	end
	sleep 1
end

co2.calibrate_zero_point

sleep 3

p co2.read_concentration_detail

こんな感じになります。この MH-Z19 はドキュメントに書いてないのですが、ステータスビットや認識している温度も返すようで、read_concentration_detail だとそれらもとれるような実装にしてあります。

グラフ

例によって1日ぐらい放置してみました。スパンキャリブレーションしていないので、やはり最大値に差があります。とはいえ 100〜200ppm 以内には入ってる感じなので、実用的にはとりあえず十分かもしれません。いずれにせよ何もしない場合よりは遥かにマシなので、必ずやったほうがよさそうです。

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  3. MH-Z19 のゼロキャリブレーションをしてみる

MH-Z19 という格安 CO2 センサを読んでみた | tech - 氾濫原 を書いたあと、追加で3つ買って、4つ手元にある状態ですべて繋げて値を読んでみると、でてくる値がとんでもないのが2つあった。窓全開で十分に換気されている状態でも 800〜900ppm になってしまう。

センサの種類 (2000ppm or 5000ppm) が違うのか? と思ったけど、UART の値も PWM の計算値も同じ (UART では ppm が直接出力されるので、計算値の答えあわせになる) なので関係なさそう。

その後よくよく比較してみると、どれも全く動きかたがちがう。傾き(感度)も違う。やっぱこれはキャリブレーションをなんとかしてやるしかない気がする。うーん。

ゼロ点とスパン点どっちも難しい。なんか簡単にできる方法がないか考え中

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  3. MH-Z19 の個体差とキャリブレーションの必要性

超薄型 1Gsサンプリング100MHzFFT機能付カラーポータブルデジタルオシロスコープフルセット SDS7102 -

3.0 / 5.0

OWON SDS7102 大変つかってるが安いだけあって品質が微妙な点がいくつかある。特にロータリーエンコーダーがひどくて、ちゃんとレンジ切り替えができないことが多くあってイライラする。同様の現象が起きてないか検索したところいくつかヒットしたのでやってみた。

おおむね Candrian – Haris Andrianakis » Owon DS7102 – Rotary Encoder Noise Malfunction Fix を参考にすればいいのだが、ちゃんと外れないところがあった。

分解

裏蓋

  • 周囲のビス4本
  • アースのビス
  • 下側の接続ポートのビス

をはずす。裏蓋はハメこみなので、カードとかで隙間をひろげながらはずす。

電源スイッチがひっかかるので、これは押しながら抜く。

開きつつあると、裏蓋に繋がる電源線が3つあるので、基板側のコネクタとビスをはずす。

ロータリーエンコーダの基板まで

  • 写真のうち7つのビス (赤丸)
  • コネクタ1つ (紫丸)

をはずす。これでモニタも含めてすっぽり外れる。フラットケーブルとかで繋がってるので慎重にやる。

キャパシタの追加

赤丸部分がロータリーエンコーダなので、ここに 1608 サイズの 0.1μF を2つずつはんだづけする。

戻す

はずしたコネクタを通すところを間違えるとハメられないので気をつけてハメていく。それ以外はとくに問題ないはず。

効果

全体的に変な動きは減った。しかし中央(2ch) のレンジをかえるロータリーエンコーダはそもそも不良っぽくて完全には治らなかった。

ref.

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  3. OWON SDS7102 のロータリエンコーダの不具合をなおす