Respire
Cronograma
Cronograma do projeto | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Protótipo de unidade de sensoriamento
Os parágrafos seguintes abordam as funcionalidades, componentes utilizados e as dificuldades encontradas na confecção do primeiro protótipo do dispositivo para sensoriamento das variáveis ambientais temperatura, umidade, CO2 e material particulado.
É importante lembrar que esse protótipo é apenas uma versão inicial confeccionada com o intuito de testar os componentes confinados em um case e trazer a discussão relacionada ao desenho de um circuito impresso apropriado para o dispositivo, assim como, o desenho de um case que possa abrigar a placa de circuito impresso e seus componentes.
O protótipo foi confinado em case tipo gabinete caixa plástica mostrado na Figura 1(a), projetada para display LCD 16X2. As dimensões da caixa plástica são 8.6cm de altura, 8.6cm de largura e 2.6cm de profundidade como mostrado na Figura 1(b).
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A caixa precisa abrigar um sensor de material particulado SPS30 mostrado na Figura 2(a), um sensor de temperatura, umidade e CO2 SCD30 mostrado na Figura 2(b), um LCD 16X2 e um microcontrolador com WiFi NodeMCU ESP8266-12E.
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Os componentes foram montados em placa de fenolite perfurada.
![Caseaberto.jpg](/images/d/da/Caseaberto.jpg)
O protótipo em questão tem as seguintes funcionalidades:
- Sensoriamento das variáveis ambientais temperatura (°C), umidade relativa (%), CO2 (ppm) e material particulado (ug/m³ e partículas/cm³) (PM1, PM2.5, PM4 e PM10).
- Apresentação no display LCD das variáves temperatura (°C), umidade (%), CO2 (ppm) e material particulado (ug/m³) (PM2.5 e PM10).
- Conexão do chip ESP8266 a uma rede WiFi através de SSID e senha.
- Envio dos dados sensoriados para a plataforma ThingSpeak para registro e análise da precisão das medições.
A Figura 4 mostra o sensor comercial AK898 e a primeira versão do protótipo confeccionada para os testes iniciais.
![PrototipoEak898.jpg](/images/a/af/PrototipoEak898.jpg)
Os dados coletados pelo sensor AK898 e protótipo mostrados na Figura 4 e enviados para a plataforma ThingSpeak são apresentados nos próximos tópicos.
Medições de CO2, temperatura e umidade
As medições de de CO2, temperatura e umidade foram feitas em duas etapas. Durante a primeira etapa também foi realizado um teste com álcool gel próximo aos sensores para observar sua resposta em relação a essa substância.
Na primeira etapa foi observado o efeito causado pelo confinamento dos sensores no case. Apesar do case possuir aberturas laterais por onde o ar podia passar, as medições de temperatura e umidade foram extremamente comprometidas. Já as medições de CO2 foram satisfatórias mesmo com os sensores confinados no case.
A Figura 5 mostra os valores de CO2 e temperatura registrados na primeira etapa de medições. As setas em cor vermelho apontam os momentos em que o case foi aberto para upload de um novo código de programação que definia um novo valor de calibração para o cálculo de temperatura. As setas em cor verde indicam o início e o fim do teste com álcool gel.
É observado na Figura 5 que nos momentos de abertura do case a temperatura diminuia, indicando que a temperatura estava superior a temperatura real do ambiente quando o case estava fechado. Já a concentração de CO2 apresentava um pico nas medições no momento de abertura do case, justificado pela respiração próximo ao case no momento de abertura e upload de código. Podemos observar também que não houve reação do sensor ao colocar álcool gel dentro da caixa plástica junto com os sensores, ou seja, o álcool não influenciou as medições de CO2.
A Figura 6 mostra os sensores dentro da caixa plástica próximo ao álcool gel num recipiente de metal.
![Testealcooleco2.jpg](/images/4/48/Testealcooleco2.jpg)
Nos tópicos seguintes são mostrado para fins de comparação os registros feitos na plataforma ThingSpeak das medições de CO2, temperatura e umidade e do protótipo com os sensores SPS30 e SCD30 da Sensirion e os registros do sensor AK898 (sensor comercial).
Medição de CO2
Na Figura 7 é mostrado o registro feito na plataforma ThingSpeak das medições de CO2 do protótipo com os sensores SPS30 e SCD30 da Sensirion e os registros do sensor AK898.
Medição de Temperatura
No gráfico abaixo é possível visualizar a temperatura registrada e o erro desses registros em comparação com o sensor AK898.
Na Figura 9 é possível visualizar o erro mínimo, médio e máximo na medição de temperatura dos sensores SCD30 em comparação aos registros do sensor comercial AK898.
Medição de Umidade
Na Figura 10 é possível visualizar a Umidade registrada e o erro desses registros em comparação com o sensor AK898.
Na Figura 11 é possível visualizar o erro mínimo, médio e máximo na medição de umidade relativa dos sensores SCD30 em comparação aos registros do sensor comercial AK898.