Air Surfer: DIY-система мониторинга качества воздуха на Arduino Mega 2560

Компоненты и материалы

• Arduino Mega 2560 R3 — 1 шт.
• TFT-дисплей 3.2″ 480×320 (на шилде для Mega) — 1 шт.
• MH-Z19 (CO₂, UART/PWM) — 1 шт.
• SI7021 (температура/влажность, I2C) — 1 шт.
• DS18B20 в нержавейке (уличная температура, 1-Wire) — 1 шт. + резистор 4.7 кОм
• DS1307 RTC (I2C) — 1 шт.
• 3 светодиода (CO₂: зелёный/жёлтый/красный) + 3 кнопки с подсветкой
• Фоторезистор (подсветка кнопок/LED)
• LM2596 (DC-DC, 19V→7V) + блок питания 12-19V
• Авиационный разъём GX12-3 (уличный датчик)
• Корпус из фанеры 3 мм (разрезать ножовкой/дремелем)

Описание проекта

Автор (гражданский инженер) хотел дешевую альтернативу дорогим CO₂-мониторам. Устройство показывает на большом TFT-экране:

• CO₂ (ppm) с цветовой индикацией (зелёный <800, жёлтый 800-1200, красный >1200)
• Влажность и температуру внутри (SI7021)
• Температуру снаружи (DS18B20)
• Время (RTC DS1307)

Управление: 3 кнопки (часы, минуты, смена цветовой схемы текста). Фоторезистор автоматически снижает яркость ночью.

Особенности датчиков

• MH-Z19: автокалибровка каждые 24ч (нужно выдерживать в чистом воздухе ~400 ppm). UART надежнее PWM. В коде — запрос командой 0xFF 0x01 0x86… и проверка CRC.
• SI7021: промышленная точность, I2C, никаких проблем.
• DS18B20: требует pull-up 4.7 кОм, 1-Wire библиотека DallasTemperature.

Питание

Блок 19V/15V → LM2596 → 7V на Vin Mega. 12V вызывали перегрев стабилизатора на плате, 7V — оптимум. Авиационный разъём для уличного датчика выведен на дне корпуса.

Корпус

Три попытки: полимерная глина (плохо держала форму), фанера 6 мм (трудно резать), фанера 3 мм — идеально. Детали вырезаны канцелярским ножом и наждачкой, покраены акриловым лаком. Крепление — шурупы/эпоксидка.

Стоимость (примерно)

Скетч (основные модули)

Используются библиотеки: Wire, RTClib, SoftwareSerial, SparkFunHTU21D, OneWire, DallasTemperature, UTFT.

• co2() — опрос MH-Z19 по UART с проверкой CRC.
• th() — чтение SI7021 и DS18B20.
• photosensor() — автоподсветка кнопок (4 уровня).
• dateandtime() — коррекция часов/минут кнопками.
• lamps() — цветовые индикаторы CO₂, влажности, температур.
• drawmain() — отрисовка всего экрана шрифтом Ubuntu.
• screenreset() — очистка экрана в 00:00 и 12:00 (лечение артефактов дешёвого TFT).

// Фрагмент: опрос CO2
byte cmd[9] = {0xFF,0x01,0x86,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x79};
Serial3.write(cmd, 9);
Serial3.readBytes(response, 9);
// проверка CRC, извлечение ppm = response[2]*256 + response[3]

Схема

См. раздел Schematics (фото ручного чертежа). Основные шины: I2C (SDA/SCL 20/21), Serial3 (TX3/RX3 14/15) для MH-Z19, 1-Wire на D9, кнопки на D2/D3/D4 (INPUT_PULLUP), LED на PWM-пинах 5,7,8,11.

Выводы

Устройство работает стабильно месяцами. Автокалибровка MH-Z19 устраняет дрейф. TFT требует периодической перерисовки из-за артефактов. Проект полностью открыт — код и фото сборки в репозитории.