Kit de mesure de la qualité de l'air MonkMakes pour Raspberry Pi

par Luc Lemmens | 25 janvier, 2022

Nous sommes très nombreux à être confinés dans des locaux (privés), d'où la popularité croissante des modules de mesure de la qualité de l'air peu coûteux. Le kit de MonkMakes mesure ainsi le taux d'équivalent CO2 et la température. Il est spécialement conçu pour être utilisé avec un Raspberry Pi 400, mais il peut également être connecté à d'autres modèles à l'aide de fils de pontage et d'un gabarit GPIO inclus.

Nous sommes très nombreux à être confinés dans des locaux (privés), d'où la popularité croissante des modules de mesure de la qualité de l'air peu coûteux. Le kit de MonkMakes mesure ainsi le taux d'équivalent CO₂ et la température. Il est spécialement conçu pour être utilisé avec un Raspberry Pi 400, mais il peut également être connecté à d'autres modèles à l'aide de fils de pontage et d'un gabarit GPIO inclus.

Kit de mesure de la qualité de l'air MonkMakes

Les thermomètres sont utilisés de longue date pour surveiller la température ambiante. Ces dernières années, les appareils de mesure de CO₂ sont devenus de plus en plus courants pour la surveillance de la qualité de l'air. Un excès de dioxyde de carbone (CO₂) a un effet négatif sur la concentration et ce gaz est nocif à des niveaux encore plus élevés. Ce kit mesure la qualité de l'air dans une pièce (niveau de pollution) ainsi que la température. Il est conçu comme un complément au Raspberry Pi, mais il peut également être utilisé comme dispositif autonome. La carte est dotée d'un buzzer et d'une barre de six LED (deux vertes, deux oranges et deux rouges) qui indiquent la qualité de l'air. Les mesures de température et de qualité de l'air peuvent être traitées par un Raspberry Pi. Le buzzer et l'affichage LED sont éventuellement commandés par le système hôte.

Le kit ne contient pas de documentation imprimée, mais il propose un lien vers le site web de MonkMakes où il est possible de télécharger la fiche technique et les instructions. Ces documents contiennent toutes les informations nécessaires pour connecter la carte et l'utiliser. Ces documents contiennent toutes les informations pertinentes ; ils aident l'utilisateur à connecter la carte et à l'utiliser. Des exemples d'applications en Python sont disponibles en téléchargement sur Github.

Figure 1 : Le kit contient la carte, des fils de pontage et un gabarit pour localiser les broches du connecteur GPIO. (Source : MonkMakes)

Matériel

En plus des six voyants lumineux et du buzzer - le gros composant carré au milieu du circuit imprimé de la figure 1 - la carte contient un voyant d'alimentation, un capteur de température, un capteur de CO₂, un microcontrôleur et, bien sûr, un connecteur à 40 broches qui s'adapte directement au connecteur d'extension d'un Raspberry Pi 400 (figure 2).

Figure 2 : Kit de qualité de l'air connecté à un Raspberry Pi 400. (Source : MonkMakes)

Il va sans dire que les autres cartes Raspberry Pi ne peuvent pas être connectées directement. Pour cela, des fils de connexion sont inclus. Les quatre connexions nécessaires (deux pour l'alimentation et deux pour la connexion série) sont indiquées par des mentions imprimées sur la carte MonkMakes, mais aussi sur le gabarit fourni, pour les associer aux broches correspondantes du connecteur GPIO du Raspberry Pi, comme illustré sur la figure 3. La LED d'alimentation s'allume dès que la tension d'alimentation de 3,3 V est activée, ainsi que l'une des LED du niveau de CO₂.

Figure 3 : Ne branchez pas le module directement. Utilisez les fils de liaison pour connecter le kit à d'autres modèles de Raspberry Pi ! (Source : MonkMakes)

Le capteur de température est un TMP235 de Texas Instruments. Sa tension de sortie est proportionnelle à la température. Pour la mesure du CO₂, la carte MonkMakes utilise un capteur CCS811 de composés organiques volatils totaux (TVOC). Ce capteur ne mesure pas réellement la concentration de CO₂, mais plutôt le niveau d'un groupe de gaz appelés composés organiques volatils (COV). À l'intérieur, le niveau de ces gaz augmente à un taux comparable à celui du CO₂, et peut donc être utilisé pour estimer le niveau de CO₂(appelé équivalent CO₂ou CO₂e).

Le microcontrôleur ATtiny1614 intégré lit les deux capteurs et contrôle l'affichage à barre de LED et le buzzer. Par le biais d'un protocole série, un système hôte peut demander les lectures des capteurs, ou allumer et éteindre les LED et le buzzer. La fiche technique du kit documente ce protocole simple, il ne sera donc pas trop difficile d'écrire votre propre logiciel pour le prendre en charge. Comme son nom l’indique, ce kit est conçu pour le Raspberry Pi, mais rien ne vous empêche de l'utiliser avec d'autres cartes ou systèmes dotés d'un UART 3,3 V.

Le micrologiciel de l'ATtiny offre également un mode automatique (activé par défaut) qui affiche le niveau de CO₂esur la barre de LED, sans aucune commande externe ; une simple alimentation de 3,3 V est nécessaire. Ainsi, même sans système hôte, le kit de mesure de la qualité de l'air peut servir de moniteur de CO₂e.

Logiciel du kit MonkMakes

Comme mentionné précédemment, MonkMakes propose le téléchargement de quelques exemples de programmes Python pour contrôler son kit, ce qui permet de tester et démontrer toutes ses fonctionnalités. Dans la section « Getting Started » (prise en main) de la documentation, les instructions décrivent clairement comment utiliser le logiciel sur une carte Raspberry Pi pour mettre en œuvre un détecteur de CO₂e, un détecteur de CO₂e avec alarme acoustique (figure 4) et une application d'enregistrement de données.

Figure 4 : Sortie de l'écran du Raspberry Pi pour l'un des exemples. (Source : MonkMakes)

En examinant les exemples, comme dans la figure 5, vous remarquerez que l'ATtiny et l'API vous évitent de récupérer et d'évaluer les données des capteurs : une simple instruction de l'hôte (Raspberry Pi) déclenchera la carte Air Quality pour qu'elle renvoie la température ambiante actuelle (en °C) ou la concentration de CO_2.(en ppm), respectivement. Il existe des commandes similaires pour activer et désactiver le buzzer, mais aussi pour contrôler les LED d'affichage du niveau de CO₂e.

Figure 5 : Code source Python montrant que seules des instructions simples et courtes sont nécessaires pour communiquer avec le kit de qualité de l'air.

Un beau design

Il suffit de quelques informations élémentaires sur le Raspberry Pi pour pouvoir exploiter ce kit de mesure de la qualité de l'air. Avantage important pour certains, mais moins intéressant pour d'autres : la connaissance des capteurs et le contrôle du buzzer et des LED ne sont pas nécessaires. Le micrologiciel (code source) de l'ATtiny1614 intégré n'est pas publié (nous ignorons donc ce qui se passe exactement dans ce microcontrôleur). Cependant, le protocole de communication avec la carte est assez simple et bien documenté, et le développement de vos propres applications - même pour des systèmes cibles autres que les cartes Raspberry Pi - sera relativement facile. Le kit de mesure de la qualité de l'air MonkMakes pour Raspberry Pi est une carte bien conçue et correctement documentée qui, avec les exemples, convient également aux débutants souhaitant se lancer dans les mesures de température et de CO₂e.

Caractéristiques du capteur

		Unités
Lecture minimale de CO₂e	400	ppm
Lecture maximale de CO₂e	4095	ppm
Résolution de mesure du CO₂e	1	ppm
Précision de mesure du CO₂e	non spécifiée
Lecture minimale de la température	-10	°C
Lecture maximale de la température	100	°C
Précision de la température	+/- 2	°C

À propos des concentrations de CO₂

La concentration de CO₂ dans l'air que nous respirons a une influence directe sur notre bien-être. Les taux de CO₂ présentent un intérêt particulier du point de vue de la santé publique. Pour faire simple, il s'agit d'une mesure de la quantité d'air que nous respirons provenant des expirations des autres. Nous, les humains, expirons du CO₂, et si plusieurs personnes se trouvent dans une pièce mal ventilée, la concentration de CO₂ augmentera progressivement, ainsi que la concentration des aérosols qui propagent les rhumes, les grippes et les coronavirus. Un autre impact important du niveau de CO₂ est celui influant sur les fonctions cognitives, c'est-à-dire sur la capacité de concentration et de réflexion. Le tableau ci-dessous indique les concentrations auxquelles le CO₂ peut devenir nocif pour la santé. Les valeurs de CO₂ sont exprimées en ppm (parties par million).

Concentration de CO₂
250-400	Concentration normale dans l'air ambiant.
400-1000	Concentrations typiques dans les espaces intérieurs occupés avec un bon flux d'air
1000-2000	Manifestations de somnolence et de manque d'air.
2000-5000	Maux de tête, somnolence et air stagnant, vicié et étouffant. Une mauvaise concentration, une perte d'attention, une accélération du rythme cardiaque et de légères nausées peuvent également survenir.
5000	Limite d'exposition en milieu de travail dans la plupart des pays.
>40000	L'exposition peut conduire à une grave privation d'oxygène entraînant des lésions cérébrales permanentes, un coma, voire la mort.

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_{Traduction : Asma Adhimi}