チープなCO2センサー

Aliexpress で安い CO2センサーモジュールがあったので、買って試してみた。メーカー製のアプリケーションで動作確認すると共に、M5Stack Atom Matrix と Atom Hub DIY Proto Board Kit と組み合わせて動作させてみた。

Aliexpress内で「Infrared carbon dioxide sensor Indoor Air 」のキーワードで検索できた(現在は売り切れのようで検索結果に出てこない)。センサーが1個400円ほど、送料が300円台であった。

販売ページにはセンサーの型番などは表示されておらず、技術的情報は提供できないと書いてある。ただ、Aliexpress のコメント欄から CM1106 であるようだ。検索すると Cubic Sensor and Instrument Co.,Ltd. の Single Beam NDIR CO2 Sensor CM1106-C を見つけることができた。このページから仕様書やアプリケーションがダウンロードできる。

Aliexpress の商品ページでは、Ver.1.0 と Ver.3.3 があり、いずれかが送られるとのことだったが、商品ページの写真と実際のセンサーの形状から判断すると手元に届いたものはすべて ハード的にはVer.3.3 であった。

正式な製品はI2Cインタフェースが使えるようであるが、届いたものではI2Cインタフェースで動作させる方法はわからなかった。I2Cでは動作しない古いファームウェアと考えるのが良さそうである。

メーカー提供アプリケーション

UART(シリアル)-USB変換ボードを介してセンサーモジュールとパソコンをつないで、センサーの測定値を取得したり、パラメータを変更できるWindows用アプリケーションが https://en.gassensor.com.cn/CO2Sensor/info_itemid_86.html の Testing Software のところからダウンロードできる。

CO2 sensor test software.rar がダウンロードできた。7-zip で解凍しようとするとエラーになったが、オンラインサービスで解凍したところ、Co2 Batch test software version 1 V1.2.6.rar と The CO2 sensor testing software V1.1.8.rar の2つのアプリケーションが含まれていた。

単体テストのアプリケーションプログラムは、The CO2 sensor testing software V1.1.8.rar のようであり、解凍すると以下のファイルが含まれていた。

この中の The CO2 sensor testing software.exe をWindows10で実行した。

UART-USB変換モジュールを介して、仕様に書いてある通り次のように接続した。

  • センサーの4ピン並んでいるCON4側のPin1 (V2) に 5V、Pin2 (G) に GND
  • 5ピン並んでいるCON5側のPin2 (R) に UARTのTX、Pin3 (T) に UARTのRX、Pin4 (R/T)に GND

測定値表示

アプリケーションの使い方は、 https://en.gassensor.com.cn/CO2Sensor/info_itemid_86.html の Client Test Method のところからダウンロードできるファイルに書いてある。

センサーを接続した直後は次のようになった。測定値は5000ppmになっていた。

また、センサーのソフトウェアバージョンは、CM V1.1.01 であった。

しばらく経過すると1000ppm台になったが、手元のセンサーから判断すると400ppm~600ppmと思われるので大きすぎる。Auto-calibrationで自動的に校正されるようであるが、アプリケーションで設定することもできる。

パラメータ変更

Set value に値を設定して「Zeroing」をクリックすると設定できる。

ハードウェアの組み立て

M5Stack Atom Matrix と Atom Hub DIY Proto Board Kit と組み合わせて動作させてみた。

Atomの 21番pin、25番pin をそれぞれ Serial1の RX、TXとした。

CM1106の CON5側の R (Pin2) に 25番pin、T (Pin3) に21番pinを接続することになる。

以下の写真のラベルの21:Tや25:Rは ESP32側:CM1106側という対応 を意味している。

プログラム

PlatformIO IDE for VSCode で開発した。

Atom Matrix の LED に5×5のフォントを使用して、 ppm単位のCO2濃度の数値を1桁ずつ順番に表示するようにする。

ISO485_CM1106.ino

Serial の扱いは、 https://github.com/m5stack/M5-ProductExampleCodes/blob/master/Unit/ISO485/Arduino/ISO485/ISO485.ino を基にして作成した。

font5x5.c

フォントは、http://shinh.hatenablog.com/entry/20060814/1155567183 のものを使わせていただいた。以下のプログラムではフォントデータは省略してある(使うためには上記のURLからのcopy-and-pasteが必要である)。

platformio.ini

使用した platformio.ini は以下の通りであった。

動作確認

自動校正が15日で行われるとのことで新しいセンサーで動作させてみた。15日間で最小の値がベースラインの400ppmとなるように校正する仕様のようだ。

2週間は自動で校正がされることはなく、CO2の増減はわかるが、人がいないところでも1000ppm越えが続いた。手元のNetatmo Weather Stationの二酸化炭素濃度測定値は400~600ppmくらいであった。このため、自動校正行われないのではないかと思っていた。しかし、15日目に500ppmくらいになった。仕様通り自動校正が行われたようであり、手元のNetatmoの二酸化炭素濃度測定値との差が100ppm以下になった。