Construindo um Sistema IoT para Monitorar Qualidade do Ar

A qualidade do ar é um fator crítico para ambientes saudáveis, especialmente em áreas urbanas ou espaços fechados. Este artigo detalha a construção de um sistema IoT baseado no ESP8266, capaz de medir poluentes como CO₂, NH₃ e VOC, emitir alertas sonoros personalizados e integrar-se a dashboards para análise em tempo real. Combinando eletrônica, programaçãoSistema de controle de cortinas automatizadas com ESP8266Descubra como automatizar cortinas com ESP8266. Aprenda componentes, montagem, programação e integração IoT para conforto e eficiência energética. e análise de dados, o projeto é aplicável em residências, escritórios, escolas e indústrias, oferecendo desde monitoramento local até automações avançadas.

🔗 Índice

Componentes necessários🔗

Componente	Descrição
ESP8266 (NodeMCU)	Microcontrolador com Wi-Fi integrado para conexão IoT
Sensor MQ-135	Detecta CO₂, NH₃, NOₓ e benzeno (faixa: 10-1000 ppm)
Buzzer ativo (5V)	Emite alertas sonoros em diferentes frequências
Display OLED 0.96"	Exibe leituras locais (opcional)
Resistor de 10kΩ	Para divisão de tensão no sensor analógico
Protoboard e jumpers	Facilita conexões temporárias sem solda
Fonte de alimentação	USB ou bateria LiPo 3.7V

Comparativo de sensores:

Sensor	Gases detectados	Interface	Precisão
MQ-135	CO₂, NH₃, NOₓ	Analógica	±15%
CCS811	CO₂, TVOC	I²C	±10%
SGP30	CO₂eq, TVOC	I²C	±5%

Funcionamento do sistema🔗

1. Coleta de dados:

O sensor (ex: MQ-135) gera um sinal analógico proporcional à concentração de poluentes.

2. Processamento:

O ESP8266Sistema de automação residencial com ESP8266 e controle de luzesEste tutorial aborda a implementação de automação residencial com ESP8266, destacando segurança, eficiência energética, integração MQTT e interface web. converte o sinal em ppm (partes por milhão) e compara com limites pré-definidos.

3. Alerta sonoro:

Se o nível ultrapassar o limite seguro, um buzzer é acionado com padrões sonoros específicos.

4. Comunicação:

Dados são enviados via Wi-Fi para dashboardsDashboard de monitoramento remoto com ESP8266Aprenda a criar um dashboard IoT com ESP8266, integrando sensores, segurança avançada e otimização de comunicação para monitoramento remoto eficiente. ou sistemas de automação (ex: HVAC).

Fluxo do sistema:

flowchart TD A[Sensor MQ-135] --> B[Leitura analógica no ESP8266] B --> C{Processamento e comparação} C -- Nível seguro --> D[Silêncio] C -- Nível crítico --> E[Alerta sonoro e envio de dados] E --> F[Dashboard remoto]

Configuração do sensor de qualidade do ar🔗

Circuito do MQ-135

graph LR A[ESP8266] --> B[Pino A0] B --> C[Sensor MQ-135] C --> D[GND] C --> E[5V] F[Resistor 10kΩ] --> G[Divisor de tensão]

Cálculo da concentração:

$$ R_s = \frac{(V_{cc} - V_{out}) \times R_L}{V_{out}} $$

Onde:

$ R_s $: Resistência do sensor em função do gás
$ R_L $: Resistor de carga (10kΩ)

Exemplo de código para leitura:

int readAirQuality() {
  int raw = analogRead(SENSOR_PIN);
  float voltage = raw * (5.0 / 1023.0);
  return map(voltage, 0.1, 4.9, 0, 500); // Ajuste conforme calibração
}

Conexão Wi-Fi e protocolos de comunicação🔗

Conexão básica ao Wi-Fi

#include <ESP8266WiFi.h>
const char* ssid = "SUA_REDE";
const char* password = "SENHA";
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("Conectado!");
}

Protocolos recomendados

MQTTSistema de controle de cortinas automatizadas com ESP8266Descubra como automatizar cortinas com ESP8266. Aprenda componentes, montagem, programação e integração IoT para conforto e eficiência energética.: Ideal para IoT em tempo real (ex: Integração com Home Assistant).
HTTP POSTSimulador de tráfego com ESP8266Explore a plataforma inovadora que integra simulação de tráfego, IoT, protocolos avançados e modelagem matemática para controle dinâmico e preditivo.: Para envio a APIs personalizadas ou bancos de dados.

Exemplo com MQTTSistema de controle de cortinas automatizadas com ESP8266Descubra como automatizar cortinas com ESP8266. Aprenda componentes, montagem, programação e integração IoT para conforto e eficiência energética.:

#include <PubSubClient.h>
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
void reconnect() {
  while (!client.connected()) {
    client.connect("ESP8266Client");
    client.publish("casa/sensor/ar", "Conectado!");
  }
}

Lógica de programação e leitura contínua🔗

Estrutura principal

#define BUZZER_PIN D1
#define SENSOR_PIN A0
void setup() {
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
  pinMode(SENSOR_PIN, INPUT);
  // Inicializa Wi-Fi e comunicação
}
void loop() {
  int ppm = readAirQuality();
  checkThreshold(ppm);
  delay(1000);
}

Controle de alertas

void checkThreshold(int ppm) {
  if (ppm > 300) { // Limite para CO₂
    playAlert(2); // Alerta contínuo
    Blynk.virtualWrite(V0, ppm); // Envia dados ao Blynk
  } else if (ppm > 150) {
    playAlert(1); // Alerta moderado
  }
}

Implementação do alerta sonoro🔗

Nível de risco	Frequência (Hz)	Padrão sonoro
Normal	0	Silêncio
Moderado	800	1 bip a cada 5s
Alto	2000	Bips contínuos

Código para padrões personalizados:

void playAlert(int level) {
  switch(level) {
    case 1: // Moderado
      tone(BUZZER_PIN, 800, 500);
      delay(5000);
      break;
    case 2: // Alto
      tone(BUZZER_PIN, 2000); // Som contínuo
      break;
  }
  noTone(BUZZER_PIN); // Desliga o buzzer
}

Visualização de dados em tempo real🔗

Integração com Blynk

#define BLYNK_PRINT Serial
#include <BlynkSimpleEsp8266.h>
Blynk.begin(auth, ssid, password);
Blynk.virtualWrite(V0, ppm); // Atualiza o app

DashboardDashboard de monitoramento remoto com ESP8266Aprenda a criar um dashboard IoT com ESP8266, integrando sensores, segurança avançada e otimização de comunicação para monitoramento remoto eficiente. exemplo:

pie title Poluentes (ppm) "CO₂" : 45 "VOC" : 30 "Partículas" : 25

Alternativas avançadas

Node-RED: Para criar fluxos de dados customizados.
ThingSpeak: Armazena históricos e gera gráficos temporais.

Calibração e ajuste de sensibilidade🔗

Método 1: Calibração inicial

1. Exponha o sensor ao ar livre por 24h.

2. Calcule $ R_0 $ (resistência base):

$$ R_0 = \frac{R_s}{\sqrt{\frac{ppm}{605}}} $$

Método 2: Ajuste linear

// Ajuste o mapeamento conforme testes locais
float calibratedPPM = (raw * 0.21) + 12.5;

Dica: Use um sensor comercial calibrado como referência para validar os valores.

Casos de uso práticos🔗

1. Escritórios inteligentes:

Acionar ventilação automática ao detectar CO₂ > 1000ppm.
Integrar com sistemas HVAC via MQTTSistema de controle de cortinas automatizadas com ESP8266Descubra como automatizar cortinas com ESP8266. Aprenda componentes, montagem, programação e integração IoT para conforto e eficiência energética..

2. Indústrias químicas:

Monitorar vazamentos de NH₃ em tempo real.
Configurar alertas sonoros diferenciados por tipo de gás.

3. Escolas:

Exibir dados em displaysRelógio de parede inteligente com ESP8266 e NTPDescubra como montar um relógio de parede inteligente com ESP8266 e NTP, sincronizando a hora com precisão. Personalize seu projeto IoT com displays e sensores. OLED públicos.
Gerar relatórios semanais via API para análise ambiental.

Conclusão🔗

Este projeto combina hardware acessível e programação versátil para criar um sistema de monitoramento de ar escalável. Ao integrar alertas sonoros personalizados, visualização de dados em tempo real e protocolos de comunicaçãoSistema de controle de acesso com ESP8266 e QR codeDescubra neste tutorial como integrar ESP8266, QR Code e sistemas criptografados, garantindo segurança e controle de acesso moderno. IoT, ele serve como base para soluções em segurança ambiental, saúde pública e automação predial. Experimente ajustar os limiares, adicionar sensores secundários (ex: DHT22 para umidade) ou expandir a lógica para controle de dispositivos externos, como exaustores ou purificadores de ar. Com criatividade e calibração cuidadosa, o sistema pode adaptar-se a cenários tão diversos quanto residências, fábricas ou espaços públicos.