Capteur de dioxyde de carbone MH-Z16

Ce tutoriel explique comment mettre en oeuvre un module UART capteur de gaz carbonique MH-Z16 Grove avec MicroPython basé sur une technologie d’illumination infrarouge non-dispersive. La fiche technique du MH-Z16 est disponible ici

Ce capteur renvoie des valeurs en parties par million (symbole ppm). Le ppm permet de savoir combien de molécules du gaz mesuré (en l’occurence le CO₂) on trouve sur un million de molécules d’air. Il peut mesurer des concentrations entre 0 et 2000 ppm avec une résolution de 1 ppm et une précision (reproductibilité) de 200 ppm (d’où la nécessité, une fois encore, de le calibrer).

La concentration moyenne de CO₂ dans l’air extérieur est de l’ordre de 300 à 400 ppm. Les niveaux intérieurs sont en général plus élevés, en raison du CO₂ exhalé par les occupants du bâtiment. Il est intéressant de surveiller la concentration en CO₂ à l’intérieur d’un logement car celle-ci donne une assez bonne estimation de la qualité de son aération. Les valeurs limites supérieures réglementaires actuelles varient entre 1000 et 1500 ppm (source: ANSES).

Matériel requis

Une carte d’extension de base Grove
La carte NUCLEO-WB55
Un module capteur de gaz carbonique MH-Z16 Grove

Le module Grove capteur de gaz carbonique MH-Z16 :

Crédit image : Seeed Studio

Connectez le capteur sur une broche I2C.

Le code MicroPython sans blibliothèque

Les scripts présentés ci-après sont disponibles dans la zone de téléchargement.

Créez un fichier main.py dans PYBFLASH et copiez-collez dans celui-ci le code qui suit :

# Objet du script : mise en oeuvre d'un capteur de CO2 MU-Z16 de Grove
# Ce script est adapté du forum https://forum.pycom.io/topic/4821/solved-uart-and-mh-z16-co2-sensor/13
# Fiche technique du capteur : https://www.winsen-sensor.com/d/files/MH-Z16.pdf

from pyb import UART # Classe pour gérer l'UART
from time import sleep_ms

uart = UART(2) # Instance de l'UART numéro 2

# Initialisation à 9600 bauds, trames de 8 bits, sans contrôle de parité avec un stop bit à 1
uart.init(9600, bits=8, parity=None, stop = 1)

# Doit-on recalibrer le capteur ?
calibrate = False

# Doit-on préchauffer le capteur ?
preheat = False

# Correction décalage du thermomètre (dépend du module/capteur)
TEMP_OFFSET = const(5)

# Correction décalage du capteur de CO2 (déterminé avec un autre capteur étalonné de CO2)
CO2_OFFSET = const(0)

# Séquence d'octets pour lancer une mesure
CMD_MEASURE = b'\xFF\x01\x86\x00\x00\x00\x00\x00\x79'

# Séquence d'octets pour calibrer
CMD_CALIBRATE = b'\xFF\x87\x87\x00\x00\x00\x00\x00\xF2'

# Nombre d'itérations de chauffe du capteur
HEATING_ROUNDS = const(300) 

if preheat:
	print("Préchauffe (%d minutes)\n" %(HEATING_ROUNDS // 60))
	p = 0
	for i in range(HEATING_ROUNDS):
		# Lance une mesure
		uart.write(CMD_MEASURE)
		# Pause d'une seconde
		sleep_ms(1000)
		p += 1
		if p == 60:
			p = 0
			print(str((i+1) // 60) + " minute(s) écoulée(s)")

# Calibration éventuelle (dans une pièce aérée ou à l'extérieur)
if calibrate:
	print("Démarrage de la calibration\n")
	uart.write(CMD_CALIBRATE)
	print("Fin de la calibration\n")

# Précision du capteur (ppm)
#ACCURACY = const(200)

# Seuil de détection haut du capteur (ppm)
THRESHOLD = const(2000)

while True:

	# Lance une mesure
	uart.write(CMD_MEASURE)
	sleep_ms(10)
	
	# Attends d'avoir reçu la réponse (9 caractères)
	while uart.any() < 9:
		sleep_ms(1)

	# Lecture de la réponse
	resp = bytearray(uart.read(9))

	# Extrait la température et la concentration de CO2 de la réponse 
	co2_ppm = int(resp[2]) * 256 + int(resp[3]) + CO2_OFFSET
	temp_celsius = (int(resp[4]) - 40) + TEMP_OFFSET

	# Affiche  la température et la concentration de CO2
	print("Temperature : %d °C" %temp_celsius)
	if co2_ppm < THRESHOLD:
		print("Concentration en CO2 : %d ppm\n" %co2_ppm)
	else:
		print("Concentration en CO2 > %d ppm\n" %THRESHOLD)

	# Temporisation de cinq secondes
	sleep_ms(5000)

Affichage sur le terminal série

Une fois le script lancé avec CTRL+D, une série de valeurs s’affiche dans le terminal série de l’USB user toutes les cinq secondes.

Le code MicroPython, avec une bibliothèque

Les scripts présentés ci-après sont disponibles dans la zone de téléchargement.

Cette deuxième version déplace les insructions pour gérer le MH-Z16 dans une bibliothèque de classes. Commencez par copier le fichier mhz16.py dans le dossier PYBFLASH. Créez ensuite un fichier main.py dans PYBFLASH et copiez-collez dans celui-ci le code qui suit :

# Objet du script : mise en oeuvre d'un capteur de CO2 MU-Z16 de Grove
# On utilise cette fois-ci une bibliothèque de classes (mhz16.py).

import mhz16
from pyb import UART # Classe pour gérer l'UART
from time import sleep_ms

uart = UART(2) # Instance de l'UART numéro 2

# Initialisation de l'UART
uart.init(9600, bits=8, parity=None, stop = 1)

# Correction décalage du thermomètre (dépend du module/capteur)
TEMP_OFFSET = const(5)

# Instance du capteur
sensor = mhz16.MHZ16(uart, temp_offset = TEMP_OFFSET)

# Doit-on recalibrer le capteur ?
calibrate = False

# Doit-on préchauffer le capteur ?
preheat = False

# Démarrage de la calibration (dans une pièce aérée ou à l'extérieur)

if preheat:
	print("Préchauffe (5 minutes)")
	sensor.preheat()

if calibrate:
	print("Calibration\n")
	sensor.calibrate()

# Précision du capteur (ppm)
#ACCURACY = const(200)

# Seuil de détection haut du capteur (ppm)
THRESHOLD = const(2000)

while True:

	# Lance une mesure
	(temp_celsius, co2_ppm) = sensor.measure()
	
	# Si les valeurs remontées sont positives
	if temp_celsius != -1 and co2_ppm != -1:
	
		# Affiche  la température et la concentration de CO2
		print("Temperature : %d °C" %temp_celsius)

		if co2_ppm < THRESHOLD:
			print("Concentration en CO2 : %d ppm\n" %co2_ppm)
		else:
			print("Concentration en CO2 > %d ppm\n" %THRESHOLD)

	else:
		print("Problème de mesure")

	# Temporisation de cinq secondes
	sleep_ms(5000)

Et voici le contenu du fichier mhz16.py :

# Pilote du module Grove capteur de CO2 MH-Z16
# Ce script est adapté du forum :
# https://forum.pycom.io/topic/4821/solved-uart-and-mh-z16-co2-sensor/13
# Fiche technique du capteur :
# https://www.winsen-sensor.com/d/files/MH-Z16.pdf

from time import sleep_ms

# Taille de la réponse du capteur, en octets 
NB_BYTES = const(9)

# Séquence d'octets pour lancer une mesure
CMD_MEASURE = b'\xFF\x01\x86\x00\x00\x00\x00\x00\x79'

# Séquence d'octets pour calibrer
CMD_CALIBRATE =  b'\xFF\x87\x87\x00\x00\x00\x00\x00\xF2'

class MHZ16:

	def __init__(self, uart, temp_offset = 0, co2_offset = 0):
		self._uart = uart
		self._temp_offset = temp_offset
		self._co2_offset = co2_offset

	def preheat(self):
		p = 0
		for i in range(300):
			# Lance une mesure
			self._uart.write(CMD_MEASURE)
			# Pause d'une seconde
			sleep_ms(1000)
			p += 1
			if p == 60:
				p = 0
 
	def calibrate(self):
		self._uart.write(CMD_CALIBRATE)

	def measure(self):
		
		try:
			# Lance une mesure
			self._uart.write(CMD_MEASURE)
			sleep_ms(10)

			# Attends d'avoir reçu la réponse (9 caractères)
			while self._uart.any() < NB_BYTES:
				sleep_ms(1)

			# Lis la réponse
			resp = bytearray(self._uart.read(NB_BYTES))

			# Extrait la température et la concentration de CO2 de la réponse 
			co2_ppm = (resp[2] * 256 + resp[3]) + self._co2_offset
			temp_celsius = (resp[4] - 40) + self._temp_offset
			return(temp_celsius, co2_ppm)
		except:
			return(-1, -1)