Respire

Cronograma

Cronograma do projeto

Atividade 20-30 Mai 1-10 Jun 11-20 Jun 21-30 Jun 1-10 Jul 11-20 Jul 21-30 Jul 1-10 Ago 11-20 Ago 21-30 Ago Status Pesquisa sensores e placas X OK Compra sensores e placas X OK Estudo sobre protocolos de comunicação dos sensores X X OK Teste de comunicação dos sensores com o microcontrolador WiFi e calibração dos sensores X X Falta o teste com o sensor de material particulado HPMA115 Escolha dos sensores para protótipo X Desenho do layout da placa de circuito impresso X Definição de case para abrigar os sensores e o controlador da exaustão X Definição da plataforma e estratégia de envio de dados para nuvem X Preparação do servidor que receberá os dados na nuvem X Fabricação ou compra dos cases X Fabricação da placa de circuito impresso X Teste de comunicação e controle da unidade de sensoriamento com a unidade de controle de exaustão (em matriz de contato) X Soldagem dos componentes na placa de circuito impresso e montagem das unidades nos cases X Teste das unidades em bancada X Criação de interfaces para o usuário visualizar os dados na nuvem X Instalação e teste das unidades em campo (Hospital) X

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).

Figura 1(a) Figura 1(a). Case caixa plástica

Figura 1(b) Figura 1(b). Dimensões do case

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.

Figura 2(a). SPS30

Figura 2(b). SCD30

Os componentes foram montados em placa de fenolite perfurada.

O protótipo em questão tem as seguintes funcionalidades:

• Sensoriamento das variáveis ambientais temperatura, umidade, CO2 e material particulado (PM1, PM2.5, PM4 e PM10).
• Apresentação no display LCD das variáves temperatura, umidade, CO2 e material particulado (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 análise da precisão das medições.

Os dados coletados e enviados para a plataforma ThingSpeak são apresentados na sequência.

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 3 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.

Figura 3. Gráfico das medições de CO2 e temperatura

É observado na Figura 3 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.

Nos tópicos seguintes são mostrado para fins de comparação os registros feitos na plataforma ThingSpeak das medições de CO2, temperatura e umidade do protótipo com os sensores SPS30 e SCD30 da Sensirion e os registros do sensor AK898 (sensor comercial). A Figura 4 mostra o sensor comercial AK898 e a primeira versão do protótipo confeccionada para os testes iniciais.

Figura 3. Gráfico das medições de CO2 Figura 3. Gráfico das medições de CO2 Figura 3. Gráfico das medições de CO2

Medição de CO2

Na Figura 3 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.

Figura 3. Gráfico das medições de CO2

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Medição de Temperatura

No gráfico abaixo é possível visualizar a temperatura registrada e o erro desses registros em comparação com o sensor AK898.

Figura (a) Temperatura

Figura (b). Temperatura e erros após recalibração

Na Figura 10 é possível visualizar o erro mínimo, médio e máximo na medição de temperatura dos sensores SCD30 em comparação aos registros do sensor comercial AK898.

Figura 10. Erro dos sensores

O erro máximo nos registros do sensor SCD1 foi de 0,77 °C e do sensor SCD2 foi 0,46 °C.

Medição de Umidade

Na Figura 11 é possível visualizar a Umidade registrada e o erro desses registros em comparação com o sensor AK898.

Figura (a) Temperatura

Figura (b). Temperatura e erros após recalibração

Na Figura 12 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.

Figura 12. Erro dos sensores

O erro máximo nos registros do sensor SCD1 foi de 2,7% e do sensor SCD2 foi 3,9%. O erro médio foi 1,6% e 1,8% respectivamente.