Medidor de calidad del aire de bajo coste

Hoy en día existe la posibilidad de que cualquier de nosotros pueda medir la calidad del aire, dentro o fuera de casa, con dispositivos de medida de bajo coste. Algunos de estos dispositivos son comercializados por algunas marcas, como por ejemplo el popular Air Purple, pero también puedes fabricarlos tú mismo por muy poco dinero. Además, el montaje electrónico y programación es muy fácil. No le vas a poder pedir a estos medidores de concentración de partículas en el aire la misma precisión que a uno de los que se usan en observatorios meteorológicos, que cuestan miles de euros, pero para algunas aplicaciones deberían tener una precisión suficiente.

En la Universidad Europea de Canarias estamos investigando sobre sensores de calidad del aire low-cost, haciendo comparativas entre varios modelos y marcas, que además vamos a comparar con instrumentos más precisos en un observatorio meteorológico. Mientras tanto, para ir probando esta tecnología en un entorno doméstico, yo he fabricado un medidor de concentración de partículas para mi casa siguiendo las instrucciones de luftdaten.info. Luftdaten es un proyecto de ciencia ciudadana nacido en Alemania y que ya se ha extendido a muchísimos países, incluso más allá de Europa. La web de Luftdaten están principalmente en alemán, con algunas partes traducidas a otros idiomas, pero no contiene información en español. Es por ello que he querido explicar en mi blog cómo se hace un medidor de calidad del aire como el propuesto en Lufdaten.

Lo primero será conseguir las piezas. Algunas de las piezas electrónica las puedes conseguir en cualquier comercio local que venda componentes electrónicos, especialmente si trabajan con proyectos Arduino. Yo las copré todas a través de Alliexpress. Necesitamos lo siguiente:

• 1 sensor de calidad del aire SDS011. Este es un sensor que medirá la concentración de partículas PM10 y PM2.5 (partículas con diámetro inferior a 10 y 2.5 micras respectivamente). Precio = algo menos de 15 €
• 1 unidad CPU/LAN NodeMCU ESP8266. Esta es una pequeña placa que contiene la memoria flash en la que vas a grabar el software necesario para tu medidor de calidad del aire, y además se encarga de transmitir la información vía WiFi. Precio = entorno a 1,5 €
• 4 cables de los que se usan para proyectos con placas Arduino. Precio = un conjunto de 10 cables te puede costar alrededor de 0,15 €
• 1 trozo de tubo flexible de diámetro 6 mm. Precio = como máximo usarás 10 cm de tubo que puedes encontrar en cualquier ferretería. Debe costar muy pocos céntimos de euro.
• 1 cable micro USB. Precio = depende de la calidad y la longitud, pero estimo que alrededor de 1,5 €
• 1 fuente de alimentación USB o una batería powerbank. En la web de Luftdaten proponen enchufar el medidor a una toma de corriente a través de una fuente de alimentación USB. Precio = alrededor de 7 €, aunque estoy segura de que tienes alguna fuente de alimentación USB de sobra en casa, por ejemplo, de un móvil que ya no uses. Mi propuesta es usar una batería powerbank de 20000 mAh con panel solar. Precio = puedes conseguir una de buena calidad a partir de unos 25 €
• (opcional) Si quieres incorporar un sensor de humedad y temperatura, debes comprar 1 sensor DHT22 y 3 cables más. Precio = unos 0,5 €

Con todo esto, suponiendo que alimentaremos el medidor de calidad del aire con una batería que permite su carga a través de un panel solar, y que además incorporamos medidas de temperatura y humedad, el montaje saldría por unos 45 €.

En el listado anterior no he incorporado la carcasa en la que irá montado y protegido todo el montaje. En Luftdaten proponen usar dos trozos de tubo de PVC del tipo Marley HT-Bogen como este. Yo propongo que uses cualquier tipo de cajita que tengas en casa y te pueda servir, o incluso que imprimas una a medida con impresora 3D.

Pues vamos ahora manos a la obra. Lo primero que hice fue importar en la placa CPU/WiFI el firmware necesario para nuestro medidor. Para ello, debes conectar por USB la placa a tu ordenador e instalar los drivers de la placa. Para la versión 3 de la placa tienes los drivers para Windows aquí, para Mac OS aquí y para Linux no vas a necesitar instalar drivers. Si usas Mac, vas a necesitar reiniciar el equipo una vez instales los drivers. Abre la carpeta CH341SER y haz doble click en SETUP.

Una vez instalados los drivers, baja el instalador del firmware (Windows 64-bit aquí, aquí la versión para Mac OS, y aquí la de Linux 64-bit). Debes tener también la última versión del firwmare, que puedes encontrarla aquí: https://www.madavi.de/sensor/update/data/latest.bin. A continuación ejecuta el instalador del firmware, selecciona el puerto COM en el que tu ordenador haya detectado la placa NodeMCU, ve a la pestaña Config y ahí selecciona el fichero latest.bin que bajaste antes. En la pestaña Advanced selecciona Baudrate de 115200, Flas size de 4MByte, Flash speed de 40MHz y SPI Mode DIO. Ahora haz click en el botón Flash y espera a que la barra de progresión llegue hasta el final. Ya está, ya tienes programada la placa.

Ahora vamos a conectar todos los elementos electrónicos. El esquema (incluyendo las conexiones del sensor DHT22, que es opcional), es este:

Como ves, es muy sencillo. Son solo 4 conexiones si no usas el sensor DHT22, y 3 más si lo usas.

A continuación te muestro una foto de mi dispositivo en esta primera fase.

De momento yo no le he conectado un sensor DHT22 para medir temperatura y humedad, así que el siguiente paso fue conectar el tubito flexible de 6mm de diámetro a la entrada del sensor SDS11. Tras hacer eso, quedaba buscar una caja donde pudiera alojar todo el montaje. Como verás en la siguiente imagen, yo lo que hice fue aprovechar una caja de bombones Ferrero Rocher que tenía guardada en casa, a la que hice unos pequeños agujeros para permitir la salida del tubo, así como para permitir entrada de aire para refrigeración del montaje, y una pequeña hendidura para poder pasar el cable USB y poder cerrar la tapa de la caja. Estos agujeros los hice simplemente calentando un tornillo grande y aplicándolo sobre el plástico hasta que se derritiera lo necesario. En esta imagen todavía no había hecho la pequeña hendidura para pasar el cable, y además lo tenía todo alimentado con una batería powerank que, como ya verás, no es la que terminé utilizando.

He probado con varias baterías de tipo powerbank para alimentar mi medidor de calidad del aire. En la foto de arriba puedes ver una de poco más de 2000 mAh, con la que solo obtuve una hora y media de alimentación. En la siguiente figura verás ya todo el montaje completo, con una batería de supuestamente 20000 mAh que además tiene la posibilidad de irse cargando poco a poco con una placa solar. Digo «supuestamente» porque la alimentación no se mantuvo con esta batería durante los aproximadamente 5 días que debería hacerlo.

Finalmente encontré una batería que sí es realmente de 20000 mAh, más grande en dimensiones que esta que has visto en la anterior foto, y la coloqué igualmente sobre la caja, cerrada y asegurada con dos elásticos gruesos.

Ahora hay que configurar el sensor. Para ello, desde tu teléfono móvil, busca una nueva red WiFi creada por la placa CPU/WiFi y anota el número ID que contiene su nombre, porque lo vas a necesitar luego. Conéctate a esa nueva red WiFi y abre tu navegador en la direeción http://192.168.4.1. En la pantalla que se te abrirá, haz click en Konfiguration. A partir de ahí puedes indicar los datos de tu red WiFi en casa (nombre y password) y pulsar el último botón para guardar. Tras esto, yo tuve que buscar en la configuración de mi router cuál era la IP que le asignó a mi medidor de calidad del aire, que no era la anteriormente citada. Cuando la sepas, siempre que te conectes a http://tuip (sustituye «tuip» por el número que le haya asignado tu router) verás otra vez una pantalla que te lleva a la configuración pero también a los datos en tiempo real que está obteniendo tu medidor.

Mi medidor lo coloqué por fuera de una ventana que da a la calle, de manera segura para evitar que caiga.

Por último, si quieres que los datos que obtengas se suban automáticamente a una web, de donde los podrás extraer en diferentes formatos, e incluso que cualquier otra persona pueda ver lo que está midiendo tu sensor, puedes unirte al proyecto Luftdaten añadiendo tu dispositivo a través de http://my.luftdaten.info/. Existe un mapa mundial donde se pueden ver todos los sensores de este proyecto de ciencia ciudadana, en el que puedes mostrar tus datos. Si añades tu sensor al mapa, haciendo click sobre su localización, podrás ver tu última medida de concentración de partículas PM10 y PM2.5, tu índice de calidad del aire (AQI US), la temperatura y humedad de tu sensor si has añadido un DTH22, etc.

El punto verde sobre la isla de Tenerife que puede verse en este mapa es el sensor instalado en mi casa. Se puede configurar todo para que nunca se muestre tu localización exacta, sino una posición aleatoria en la zona por donde vives, para poder proteger tu privacidad.

Y básicamente esto es todo lo que hay que hacer para medir la concentración de partículas PM10 y PM2.5 donde quieras. Ha sido una explicación muy larga, pero creo que he conseguido reunir toda la información que yo encontré en varias webs. Espero que te sea de ayuda y te unas a este tipo de proyectos de ciencia ciudadana.