测量二氧化碳浓度：揭秘“困倦倍增器”

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你是否曾在下午的会议中昏昏欲睡？或是三小时的讲座中不断打哈欠？这不一定是你睡眠不足的错！通风不良导致的二氧化碳浓度升高，可能正是让你犯困的隐形推手。

本项目采用 NDIR（非分散红外）CO2 传感器，通过简单的 UART 串口接口即可精准读取 CO2 浓度。传统 CO2 传感器功耗大、预热慢，而这款 3.3V 供电、平均电流不足 1.5mA 的传感器，利用 LED 与红外探测器即可实现精准气体测量，原理基于光学色散技术，详情请参阅 Cozir 数据手册。

快速上手

开始测量你工位的“困倦指数”需要以下硬件：

• Arduino Due 或 Zero
• AnduinoWiFi 扩展板
• Cozir CO2 传感器
• 几根杜邦线用于连接供电与通信

传感器虽有 10 引脚，实际只需接 4 根线：

使用 Due 时接线如下：3.3V 接 3V3，GND 接地，Rx(DIO19) 接传感器 Tx，Tx(DIO18) 接传感器 Rx。注意必须“交叉”连接 UART 线。示例代码使用 Serial1 与传感器通信，保留 Serial 用于串口监视器调试。

提示：若想绕过 Arduino 直接测试传感器，可使用 PuTTY 等串口工具，波特率 9600，8 数据位，无校验，1 停止位，发送 ASCII 时需带回车换行（\r\n）。本传感器为 3.3V TTL 电平，若主控为 5V 必须加电平转换电路。

传感器校准

校准主要有两种方式：

1. 纯氮气零点校准：将传感器置于无 CO2 的氮气环境中，获得绝对零点。
2. 新鲜空气校准：将装置带到室外通风良好处，运行示例代码中 calibrateFreshAir() 函数（发送 'G' 指令），以约 450 ppm 作为基准。虽然室外 CO2 浓度可能略高于夏威夷基准值，但考虑到人体感知阈值在 1000+ ppm 量级，此校准精度已足够满足会议室、教室等场景监测需求。

核心代码示例

char buffer[20] = {0}; int c = 0;
void setup() {
  Serial.begin(9600); while(!Serial){};
  Serial1.begin(9600); while(!Serial1){};
  Serial.println("Begin reading CO2 Levels");
  // setOperatingMode(CZR_STREAMING);
  // setOperatingMode(CZR_POLLING);
  // calibrateFreshAir(); // 首次使用时取消注释进行校准
}
void loop() {
  delay(10000);
  c = Request("Z"); // 请求 CO2 读数
  Serial.print("CO2 : "); Serial.println(c);
  Serial.println("");
}
int Request(char* s) {
  buffer[0] = '\0'; int idx = 0;
  Command(s); delay(250);
  while(Serial1.available()) { buffer[idx++] = Serial1.read(); }
  buffer[idx] = '\0';
  uint16_t rv = 0;
  switch(buffer[1]) {
    case 'T' : rv = atoi(&buffer[5]); if (buffer[4] == 1) rv += 1000; break;
    default : rv = atoi(&buffer[2]); break;
  }
  return rv;
}
void Command(char* s) { Serial1.print(s); Serial1.print("\r\n"); }
uint16_t calibrateFreshAir() { return Request("G"); }
void setOperatingMode(uint8_t mode) { sprintf(buffer, "K %u", mode); Command(buffer); }

代码顶部的两个 #define 用于设置工作模式（流式/轮询）。首次使用需取消注释 setOperatingMode() 和 calibrateFreshAir() 进行初始化。确认能在串口监视器读到 CO2 数值后，即可进阶将数据发布到云端。

将 CO2 数据发布至 Adafruit IO 云平台

若尚未配置 AnduinoWiFi 连接 Adafruit IO，请先参考官方教程。以下代码实现每分钟上传一次 CO2 浓度，并在板载 LCD 显示：

#include 
#include "Adafruit_MQTT.h"
#include "Adafruit_MQTT_Client.h"
#include "AnduinoLCD.h"

// WiFi 参数
#define WLAN_SSID "YOUR_SSID"
#define WLAN_PASS "YOUR_PASSWD"

// Adafruit IO 参数
#define AIO_SERVER "io.adafruit.com"
#define AIO_SERVERPORT 1883
#define AIO_USERNAME "YOUR_AIO_USERNAME"
#define AIO_KEY "YOUR_AIO_KEY"

WiFiClient client;
Adafruit_MQTT_Client mqtt(&client, AIO_SERVER, AIO_SERVERPORT, AIO_USERNAME, AIO_KEY);

// CO2 数据流
Adafruit_MQTT_Publish carbonDioxide = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, AIO_USERNAME "/feeds/co2");

AnduinoLCD LCD = AnduinoLCD(ST7735_CS_PIN, ST7735_DC_PIN, 13);
static int co2 = 0, co2Prev = 0;
#define CZR_STREAMING 0x01
#define CZR_POLLING 0x02
char buffer[20] = {0};

void setup() {
  Serial.begin(115200); delay(3000);
  Serial1.begin(9600);
  connectToWiFi(); connectToAdafruit();
  LCD.begin(); LCDinit();
  // setOperatingMode(CZR_STREAMING);
  // setOperatingMode(CZR_POLLING);
  // calibrateFreshAir();
}
void loop() {
  if(! mqtt.ping(3)) { if(! mqtt.connected()) connect(); }
  co2 = Request("Z");
  char b[20]; String str = String(co2);
  for(int i=0; i

完成！

这套装置灵敏度极高，甚至能根据 CO2 浓度变化推算房间人数。下次开会犯困时，你可以理直气壮地告诉教授：“不是微积分太难，是通风太差！”——甚至可以提议把课堂搬到海边上。

代码仓库

Anduino 库：Arduino 通用库，将 Arduino 转变为 Andium 节点。
https://github.com/andium/Anduino

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