【Arduino】二酸化炭素などの数値を測るセンサーENS160とAHT21使ってみた

こんにちは。筆者のオウルです。

今回もマニアック記事になります。

前回、Arduinoというマイコンを使った手作り二酸化炭素濃度測定装置で使ったセンサーについてご紹介します。

1 AQI（空気質指数）、TVOC（総揮発性有機化合物）、eCO2（二酸化炭素濃度）、温度、湿度センサー ENS160+AHT21
2 ENS160とArduinoの配線
3 使用ライブラリ
4 サンプルプログラム
5 温度センサーの比較
6 温度の調整コード
7 湿度センサーの比較
8 湿度の調整コード
9 手作り空気汚染装置の完成

AQI（空気質指数）、TVOC（総揮発性有機化合物）、eCO2（二酸化炭素濃度）、温度、湿度センサー ENS160+AHT21

Herafy ENS160+AHT21 二酸化炭素 CO2 ECO2 TVOC 空気質、温度、湿度センサー CCS811 と交換

Herafy

今回使用したのは、この「ENS160+AHT21」です。

このセンサーがとても優秀で、このサイズなのにAQI（空気質指数）、TVOC（総揮発性有機化合物）、eCO2（二酸化炭素濃度）、温度、湿度を測定することができます。

私が購入した時は982円でした。

太洋電機産業(goot) 電子工作用鉛入りはんだ φ1.0mm 約3.0m スズ60%/鉛40% ヤニ入り SD-83 日本製

太洋電機産業(goot)

はんだ付け初チャレンジでしたが、100均のDAISOで売られているはんだを使ってみたのですが質が悪いのかあまりうまくいかなかったので、こちらの太洋電機産業のはんだを追加購入し、ササっと取り付けました。

ENS160とArduinoの配線

ENS160	Arduino
3V3	3.3V
GND	GND
SCL	A5
SDA	A4

今回はArduino Unoの互換品を使用したのでこの配線で。

UNO R3 ATmega328P ATMEGA16U2開発ボードケーブル付き UNO R3 Arduino互換 (開発ボード+ケーブル)

Generic

使用ライブラリ

Arduino IDEで追加したライブラリはこちら。

SparkFun_Indoor_Air_Quality_Sensor-ENS160_Arduino_Library

執筆時のバージョンは1.1.0でした。

サンプルプログラム

最初はシリアルモニターにサンプルプログラムで測定してみました。（以下、一部機械翻訳で日本語に置換しています）

#include <Wire.h>
#include "SparkFun_ENS160.h"

SparkFun_ENS160 myENS; 

int ensStatus; 

void setup()
{
  Wire.begin();
  Serial.begin(115200);
  if( !myENS.begin() )
  {
    Serial.println("Could not communicate with the ENS160, check wiring.");
    while(1);
  }

  Serial.println("Example 1 Basic Example.");

  // 室内空気質センサーの設定をリセットします。
  if( myENS.setOperatingMode(SFE_ENS160_RESET) )
    Serial.println("Ready.");

  delay(100);

  // 設定を適用するには、デバイスをアイドル状態にする必要があります。
  // myENS.setOperatingMode(SFE_ENS160_IDLE);

  // 標準動作に設定する
  // その他には、SFE_ENS160_DEEP_SLEEPとSFE_ENS160_IDLEがあります。
  myENS.setOperatingMode(SFE_ENS160_STANDARD);

  // ここには 4 つの値があります。
  // 0 - 動作正常: 標準動作
  // 1 - ウォームアップ: 電源投入後 3 分間発生します。
  // 2 - 初期起動: 動作開始後 1 時間発生します。
  //     センサーの寿命中に 1 回のみ発生します。
  // 3 - 有効な出力なし
  ensStatus = myENS.getFlags();
  Serial.print("Gas Sensor Status Flag (0 - Standard, 1 - Warm up, 2 - Initial Start Up): ");
  Serial.println(ensStatus);
  
}

void loop()
{
  if( myENS.checkDataStatus() )
  {
    Serial.print("Air Quality Index (1-5) : ");
    Serial.println(myENS.getAQI());

    Serial.print("Total Volatile Organic Compounds: ");
    Serial.print(myENS.getTVOC());
    Serial.println("ppb");

    Serial.print("CO2 concentration: ");
    Serial.print(myENS.getECO2());
    Serial.println("ppm");

    Serial.print("Gas Sensor Status Flag (0 - Standard, 1 - Warm up, 2 - Initial Start Up): ");
    Serial.println(myENS.getFlags());

    Serial.println();
  }

  delay(200);
}

温度センサーの比較

家にあったDHT22センサー、ENS160+AHT21、dretecの温湿度センサーの3つで数値を比較してみました。

	温度	湿度
DHT22	17.50 ℃	46.60 %
AHT21	20.03 ℃	47.65 %
dretec	16.20 ℃	43.00 %

ENS160+AHT21だけ数値が高かったです。

調べてみると、他の方も温湿度調整用の処理を入れているようなので参考にさせていただくことにしました。

温度の調整コード

#define TEMPERATURE_CORRECTION -4
float rawTemperature = AHT21.readTemperature();
float temperature = rawTemperature + TEMPERATURE_CORRECTION;

それがこちら。

単純に-4℃下げる処理でした。

	温度	湿度
DHT22	17.00 ℃	47.00 %
AHT21	15.60 ℃	60.91 %
dretec	16.00 ℃	43.00 %

下げた状態での比較。

位置にもよりますが、DHT22やdretecと同じ値付近を示しているので-4で良さそうです。

湿度センサーの比較

湿度も同じように比較してみました。

	温度	湿度
DHT22	17.30 ℃	46.40 %
AHT21	15.90 ℃	47.30 %
dretec	16.00 ℃	42.00 %

他のセンサー同様、値に狂いはなさそうですが、調整処理をまとめてくださっている方がいたのでこちらも参考に使ってみました。

湿度の調整コード

float calcMaxVaperPressure(float temp)
{
  return 6.1078 * pow(10, 7.5 * temp / (temp + 237.3));
}

float recalculateHumidity(float temp, float rh)
{
  float temp2 = temp + TEMPERATURE_CORRECTION;
  return rh * calcMaxVaperPressure(temp) * (temp2 + 273.15) /
         ((temp + 273.15) * calcMaxVaperPressure(temp2));
}
float rawHumidity = AHT21.readHumidity();
float humidity = recalculateHumidity(rawTemperature, rawHumidity);