Monitor CO Con Arduino Nano

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Di Giovanni Carrera

Questo progetto è particolarmente utile per aumentare la sicurezza dei sistemi tradizionali di riscaldamento come stufe a legna e caminetti; esso rappresenta in formato grafico l’andamento della quantità relativa di ossido di carbonio presente nelle vicinanze dell’apparecchio. Cambiando il sensore può essere utilizzato per altri tipi di gas.

 

Per scaldare la mia casa di campagna utilizzo un moderno caminetto a legna ad aria canalizzata; una scelta che ho fatto una decina d’anni fa e che mi sembra ancora valida. Ma stufe e caminetti bruciano ossigeno e, in certi casi, la combustione può anche generare ossido di carbonio.
Per motivi di sicurezza volevo, quindi, rilevare la presenza, anche minima, di questo gas. In rete si trovano diversi progetti con Arduino per individuare la presenza di gas, la maggior parte di questi si limita a leggere il valore analogico e a visualizzare il dato su un display e/o segnalare acusticamente il superamento di una soglia. Un’applicazione del genere può esser svolta semplicemente da un comparatore abilitato a funzionare dopo un certo tempo, ossia quando il sensore è andato a regime. Solitamente il sensore è sempre alimentato, cosa non consigliata dai costruttori dei sensori. Il progetto ArduGasMon opera sulle differenze delle misure rispetto a un valore iniziale ottenuto in condizioni di assenza di gas di combustione, ossia con stufe o caminetti spenti.
Il sistema non è esente da falsi allarmi ma la grafica è estremamente utile per capire il trend del monitoraggio e distinguere i falsi allarmi. La soglia da me utilizzata è molto bassa per cui il sistema è estremamente sensibile, ma questa può essere facilmente modificata. Io utilizzo questo sistema di monitoraggio già da circa quattro anni. Variando umidità e temperatura dell’ambiente da un giorno all’altro, occorre accendere l’apparecchio ogni volta che si accende il caminetto o la stufa, questo per generare un corretto riferimento iniziale. Il valore iniziale, che funge da riferimento, è ottenuto dalla media di dieci misure fatte dopo un ciclo di due minuti di tempo di riscaldamento del sensore a 5V e 90 secondi con tensione a circa 1,5V.
I cicli successivi hanno un tempo di 60 + 90 = 150 secondi. Alle misure successive è tolto il valore iniziale e le differenze sono visualizzate su un piccolo display grafico e, al superamento di una soglia, è emesso un segnale acustico che è ripetuto, se le condizioni persistono, a ogni intervallo di campionamento. Sul display appare la serie temporale degli ultimi 84 campioni, pari a 84×150 = 12600 secondi = 3,5 ore. Ancora prima dell’allarme è possibile vedere se ci sono incrementi di concentrazione del gas.
La misura differenziale è stata scelta in quanto, come si vedrà in seguito, il segnale in uscita è notevolmente variabile, come ho potuto verificare da numerose prove sperimentali.
Esso dipende principalmente dall’umidità e dalla temperatura ambiente e anche da che tipo di riscaldamento è usato. Quest’approccio è notevolmente migliore del semplice comparatore analogico che scatta al superamento di una soglia, presente nei moduli cinesi.

Il monossido di Carbonio

Il monossido di carbonio o ossido di carbonio, formula chimica CO, è un gas velenoso estremamente pericoloso per gli animali. Essendo inodore, incolore e insapore è difficile avvertirne la presenza.
Legandosi stabilmente all’emoglobina del sangue esso impedisce l’ossigenazione dei tessuti portando alla morte senza quasi accorgersene giacché produce perdita di coscienza.
Il CO si forma durante la combustione in difetto d’aria di sostanze organiche come carbone, legna e combustibili vari. Per questo fornelli, stufe a gas, caldaie e caminetti, possono generare questo gas letale se l’ambiente non è sufficientemente areato o se non correttamente istallati o in caso di scarso tiraggio delle canne fumarie.
Ogni anno, durante i mesi invernali si hanno, purtroppo, molti decessi per queste cause. Esso è anche presente nei gas di scarico delle auto e contribuisce all’inquinamento delle città.
I primi sintomi dell’avvelenamento sono l’emicrania e un senso di vertigine, purtroppo il gas provoca anche sonnolenza e questo impedisce spesso alle vittime di avvertire il pericolo e di aerare il locale.
Quando nell’aria la concentrazione di CO è di 12­31 ppm (parti per milione) si manifestano i primi segni con aumento delle pulsazioni cardiache, aumento della frequenza respiratoria e disturbi psicomotori. Naturalmente, oltre alla concentrazione, conta molto anche il tempo di esposizione.
Con una concentrazione di 1000 ppm si sopravvive per circa 90 minuti, mentre con 2000­-4000 ppm si muore in circa 15 minuti.
Questo gas è leggermente più leggero dell’aria, quindi il sensore deve essere posto ad almeno

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Informazioni sull'autore

Sono nato a Genova nel 1947, ingegnere elettronico e professore universitario. Appassionato di elettronica sin da ragazzo. Ho praticamente assistito all’evoluzione dei computer a iniziare da quelli con memoria a nuclei magnetici da 32kB e con i disk pack da 80MB fino ai moderni PC con SSD. Dalla fine degli anni ’70 ho progettato moltissimi sistemi basati su cpu 6502, 8085, e infine sui PIC e Arduino. Nei primi tempi ho progettato e anche auto-costruito molti sistemi di sviluppo e di programmazione dei microcontrollori. Ho iniziato a sviluppare il firmware sui 6502 con compilatori Assembler, Forth e Basic per poi passare al Pascal per i PIC e al C con Arduino e derivati. Su PC utilizzo prevalentemente i linguaggi Matlab/ Octave (per elaborazione e analisi dati), Simulink (per la simulazione), ed Excel. Uso il CAD per la simulazione dei circuiti e per la realizzazione degli schemi. I prototipi li realizzo su schede millefori con sottili fili di connessione con isolamento resistente al calore come il Kynar o il PTFE. Negli anni mi sono fatto un laboratorio elettronico molto ben attrezzato che mi permette di eseguire misure accurate sui miei prototipi. Per la ricerca universitaria e per i corsi che tenevo, ho acquisito notevoli conoscenze su strumentazione di bordo e di laboratorio, sensori e attuatori, sistemi di acquisizione e automazione, analisi dati, simulazione di impianti, radiotecnica e GPS. Ho anche progettato moltissime apparecchiature analogiche e digitali per specifici impieghi nel campo della ricerca, come sistemi di monitoraggio strutturale e controllo di servo-attuatori idraulici. Ho anche messo a punto, a partire dal 2002, alcuni sistemi per rilevare i moti nave mediante una rete di ricevitori GPS carrier phase tracking, con accuratezza centimetrica. Dal 2015, ho incominciato a pubblicare, in lingua inglese per avere maggiore diffusione, sul mio blog “ArduPicLab” molte idee e progetti originali, in parte pubblicati anche sui siti americani Hackster.io e Hackaday.io. Da quell’anno ho pubblicato anche nove progetti su riviste italiane, sei su “Fare Elettronica” e tre su “Elettronica Open Source”.

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