Detector de partículas de polvo en el aire con sensor GP2Y10

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El sensor GP2Y10 de Sharp es un dispositivo diseñado para detectar la presencia de partículas muy finas de polvo en el aire. Es capaz de detectar partículas de hasta 0.5 micras de tamaño, lo que lo convierte en una herramienta valiosa para medir la calidad del aire en sistemas de purificación del aire y en sistemas de aire acondicionado.

Este sensor de detección óptica está compuesto internamente por un diodo emisor de infrarrojos (IRED) y un fototransistor. Estos componentes están colocados diagonalmente para que puedan detectar las reflexiones de luz sobre las partículas de polvo en el aire. Es especialmente efectivo para detectar partículas muy finas como las del humo de un cigarrillo.

Uno de los métodos utilizado para distinguir el humo del polvo de la casa mediante el sensor GP2Y10 es un patrón de impulsos basado en comprobar el voltaje de la salida (Vo) cada 10ms. Al hacer esto, se puede averiguar cuantas veces se interrumpe la comunicación entre el IRED y el fototransistor, y de esta manera se conoce la densidad y la concentración de partículas de polvo o humo que hay en un determinado instante.

GP2Y10
Sensor de polvo SHARP GP2Y10

El sensor GP2Y10 es un dispositivo de bajo consumo, con un consumo de alrededor de 20mA. Puede ser alimentado con un voltaje de hasta 7VDC. Su salida es un voltaje lineal y proporcional a la cantidad de polvo detectado. La sensibilidad del sensor es de 0.5V por cada 0.1 mg/m³ de polvo en el aire.

Para conectarlo a una placa Arduino, es necesario añadir una resistencia de 150Ω y un condensador de 220µF, formando un circuito RC serie como divisor de tensión, como se puede observar en la siguiente imagen. El circuito RC serie actúa como un regulador de voltaje, proporcionando una señal de salida estable a la placa Arduino.

Conexión correcta de la entrada del sensor

El sensor GP2Y10 cuenta con un diodo emisor de infrarrojos (IRED) conectado al pin digital 2 de Arduino. Este IRED se activa y permanece activo durante un período de tiempo específico para poder medir la cantidad de polvo en el aire. El período de tiempo de actividad del IRED es de 0.32ms. Este período de tiempo se compone de dos partes: el tiempo que la salida Vo tarda en estabilizarse para poder ser leída a través del pin analógico A0 (0.28ms) y los 0.04ms adicionales que la salida Vo se mantiene en su valor máximo.

Una vez completado el período de medición, el IRED se desactiva durante 9.680ms antes de iniciar una nueva secuencia de medición (pulso de control del IRED) que se repite cada 10ms. Esta secuencia se ilustra en la siguiente imagen.

Secuencia del pulso de control del IRED

En este post, vamos a utilizar el sensor GP2Y10 para medir la cantidad de partículas de polvo en el aire. Utilizaremos el voltaje en la salida Vo del sensor para calcular la concentración y la densidad de las partículas de polvo en el aire mediante unas fórmulas matemáticas. Estas fórmulas han sido cotejadas con los valores obtenidos de un medidor de calidad de aire profesional llamado DC1100, el cual también se incluirá en la programación.

Para poder visualizar los datos recolectados, hemos conectado un display LCD 1602 a Arduino mediante una conexión I²C. Con este display, podremos ver los valores de concentración y densidad de las partículas de polvo en el aire en tiempo real.

Además, hemos creado una simulación para poder obtener diferentes lecturas de polvo en el aire, esto mediante el uso de un Tupperware de un litro de capacidad. Al cual hemos adherido el sensor GP2Y10 y además se ha añadido un ventilador de 12VDC con conexión directa a la fuente de alimentación, para incluir harina u otro elemento que tenga pequeñas partículas a través del ventilador y que este las vaya recirculando a través del orificio del sensor GP2Y10 para obtener diferentes lecturas. De esta manera, se podrá observar como cambia los valores del sensor GP2Y10 cuando se aumenta la cantidad de partículas de polvo en el aire.

GP2Y10
Sistema de detección de partículas de polvo en el aire

En la siguiente tabla podemos comprobar el voltaje de salida (en voltios) en función de la densidad del polvo (en mg/m³), que este sensor de SHARP nos ofrece.

Gráfica de la Calidad del Aire

Para conocer la calidad del aire en cada momento nos podemos orientar por medio de la siguiente tabla, que está realizada respecto a la concentración de partículas de polvo en partes por millón (ppm) que hay en el aire:

GP2Y10
Tabla de la calidad del aire
Lista de Materiales
    • Arduino UNO Rev.3
    • Cable USB tipo A-B
    • Módulo LCM 1602 I2C V1
    • Display 16×2 LCD 1602
    • Sensor detector de partículas GP2Y10 de SHARP
    • Resistencia de 150Ω
    • Condensador electrolítico de 10V y C=220µF
    • Ventilador de 12VDC 0.15A (C5010B12M)
    • Fuente de tensión de 12VDC
    • Tupperware de 1L de capacidad
    • Protoboard
    • Cables de conexión
Código del programa

Video
Conclusión

En conclusión, en este post hemos visto cómo utilizar el sensor GP2Y10 de Sharp para medir la cantidad de partículas de polvo en el aire. Este sensor es especialmente efectivo para detectar partículas muy finas como las del humo de un cigarrillo, y su salida se puede utilizar para calcular la concentración y densidad de las partículas de polvo en el aire mediante fórmulas matemáticas. Además, hemos visto cómo conectar este sensor a una placa Arduino y cómo utilizar un display LCD para visualizar los datos en tiempo real.

Esperamos haber proporcionado información valiosa para su uso. Si tiene alguna pregunta o comentario, por favor, no dude en hacerlo saber, estaríamos felices de responder y brindar asistencia adicional. Muchas gracias por leer.

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