يُعد قياس جودة الهواء في الأماكن المغلقة، وخاصةً تركيز ثاني أكسيد الكربون، أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على الصحة والإنتاجية. سواء في المكاتب، أو الفصول الدراسية، أو حتى المنازل، يمكن أن يؤدي ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى الشعور بالتعب، وصعوبة التركيز، والصداع. لهذا السبب، يزداد الاهتمام ببناء أجهزة قياس بسيطة وفعالة من حيث التكلفة، مثل تلك التي تعتمد على Raspberry Pi.
تشير الدراسات إلى أن الحفاظ على مستويات منخفضة نسبيًا من ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة يحسن الأداء المعرفي والرفاهية العامة. في الهواء الطلق، يتراوح تركيز ثاني أكسيد الكربون عادةً حول 400 جزء في المليون (ppm)، لكنه يمكن أن يرتفع بسرعة في الأماكن المغلقة بسبب التنفس البشري. وتتطلب البيئات المغلقة مراقبة دقيقة واتخاذ إجراءات لتحسين التهوية.
ما هي مستويات ثاني أكسيد الكربون المقبولة؟
عادةً ما تعتبر مستويات ثاني أكسيد الكربون التي تقل عن 1000 جزء في المليون جيدة. بدءًا من 1500 جزء في المليون، يُنصح بتهوية المكان لضخ الهواء النقي. وحسب توصيات خبراء الصحة، فإن المستويات التي تتجاوز 2000 جزء في المليون قد تؤثر سلبًا على التركيز والأداء. ارتفاع ثاني أكسيد الكربون لا يشير بالضرورة لوجود خطر صحي مباشر، لكنه مؤشر على أن جودة الهواء قد تكون دون المستوى الأمثل.
كيفية بناء جهاز قياس ثاني أكسيد الكربون باستخدام Raspberry Pi
لإنشاء جهاز قياس ثاني أكسيد الكربون خاص بك، ستحتاج إلى بعض المكونات الأساسية. أولاً، لوحة Raspberry Pi تعمل بنظام Raspberry Pi OS مُحدَّث. لا يهم الإصدار المحدد من Raspberry Pi الذي تستخدمه. بالإضافة إلى ذلك، ستحتاج إلى مستشعر ثاني أكسيد الكربون مثل MH-Z19C من Winsen Electronics، والذي يتوفر أيضًا في إصدار MH-Z19B. عند الشراء، اختر نموذجًا مزودًا بدبابيس لسهولة التوصيل، أو كن مستعدًا للّحام إذا اخترت نموذجًا بدون دبابيس. كما ستحتاج إلى أسلاك توصيل أنثى/أنثى.
تبلغ التكلفة الإجمالية لهذا المشروع أقل من 40 دولارًا أمريكيًا، وهو أقل بكثير من سعر أجهزة قياس ثاني أكسيد الكربون الاحترافية. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أنه يجب تفعيل الواجهة التسلسلية على Raspberry Pi لكي يعمل المستشعر، ويمكن القيام بذلك باستخدام أداة “raspi-config”.
كيف يعمل مستشعر ثاني أكسيد الكربون MH-Z19؟
يعتمد المستشعر MH-Z19 (أو MH-Z19B) على تقنية الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR). تقوم هذه التقنية بقياس امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق معين من الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء، والذي يمتصه ثاني أكسيد الكربون بطريقة فريدة وقابلة للقياس. يطلق المستشعر ضوءًا بالأشعة تحت الحمراء عبر الهواء ويقيس كمية الضوء التي تصل إلى المستشعر بعد المرور عبر الهواء. مرشح يضمن قياس الطول الموجي الخاص بثاني أكسيد الكربون فقط.
كلما زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون، زاد الامتصاص وانخفضت الإشارة. يقوم المستشعر بتحويل شدة الضوء إلى قيمة بوحدة جزء في المليون (ppm). وهذه الطريقة موثوقة وتوفر قياسات دقيقة نسبيًا لتركيز ثاني أكسيد الكربون.
توصيل المستشعر بـ Raspberry Pi
قبل البدء في التوصيل، تأكد من إيقاف تشغيل Raspberry Pi وفصله عن مصدر الطاقة. قم بتوصيل المستشعر باللوحة باستخدام أسلاك التوصيل. قم بتوصيل الدبوس 6 (VCC) الموجود على المستشعر بالدبوس 4 على Raspberry Pi (مصدر 5 فولت). ثم قم بتوصيل الدبوس 7 (GND) الموجود على المستشعر بالدبوس 6 على Raspberry Pi (الأرضي). بعد ذلك، قم بتوصيل الدبوس 2 (Rx) الموجود على المستشعر بالدبوس 8 على Raspberry Pi، وأخيرًا قم بتوصيل الدبوس 3 (Tx) الموجود على المستشعر بالدبوس 10 على Raspberry Pi.
بعد التأكد من التوصيلات الصحيحة، قم بتشغيل Raspberry Pi مرة أخرى. للحصول على القراءات، ستحتاج إلى برنامج نصي مكتوب بلغة Python.
قراءة وقيم ثاني أكسيد الكربون المقاسة
يمكنك استخدام برنامج نصي Python تم تطويره بواسطة مطور ياباني لقراءة قيم ثاني أكسيد الكربون من المستشعر. لتثبيت البرنامج النصي، افتح نافذة Terminal على Raspberry Pi وقم بتشغيل الأمر: git clone https://github.com/UedaTakeyuki/mh-z19.git. بعد ذلك، انتقل إلى المجلد الجديد الذي تم إنشاؤه (mh-z19) وقم بتشغيل الأمر ./setup.sh لتثبيت المكونات اللازمة. لقراءة القيمة الحالية لثاني أكسيد الكربون، استخدم الأمر sudo python -m mh_z19. ستتلقى نتيجة بتنسيق مشابه لـ {"co2": 3128}، حيث تمثل القيمة تركيز ثاني أكسيد الكربون بوحدة جزء في المليون.
لتحليل البيانات بمرور الوقت ومراقبة اتجاهات جودة الهواء، يمكن تكامل هذا النظام مع خدمات عبر الإنترنت مثل Monitor3.uedasoft.com. يتيح ذلك عرض البيانات على الكمبيوتر أو الهاتف الذكي وتنزيلها للاستخدام المستقبلي. تعد هذه الميزة مفيدة بشكل خاص لتحديد أنماط التهوية وتحديد متى يكون من الضروري تحسين جودة الهواء.
أخيرًا، يمكن توسيع هذا المشروع ليشمل مؤشر LED ينبهك بصريًا عندما تتجاوز مستويات ثاني أكسيد الكربون حدًا معينًا. يُظهر ذلك الإمكانيات اللانهائية لتخصيص هذا النظام لتلبية احتياجاتك الخاصة.
من المتوقع أن تزداد أهمية مراقبة جودة الهواء في الأماكن المغلقة مع تزايد الوعي بتأثيرها على الصحة والإنتاجية. سيستمر تطوير أجهزة استشعار منخفضة التكلفة مثل هذه في جعل مراقبة جودة الهواء في متناول الجميع، مما يساعد على خلق بيئات داخلية أكثر صحة وراحة. تعتبر هذه التقنية خطوة مهمة نحو مستقبل أكثر استدامة وصحة.