Construye tu Propio Monitor de Calidad del Aire DIY: PM2.5, CO2, VOC, Ozono, Temp y Humedad con Arduino

¿Te has preguntado alguna vez por la calidad del aire que respiras, o por qué a veces te sientes somnoliento en la oficina o cansado por la mañana tras dormir toda la noche? La mala calidad del aire causa muchos efectos negativos en salud: cansancio, dolores de cabeza, pérdida de concentración, taquicardia… Monitorizarla es más importante de lo que crees. En este tutorial aprendemos a construir nuestro propio Monitor de Calidad del Aire capaz de medir PM2.5, CO2, VOC, Ozono, temperatura y humedad.

Video o tutorial escrito abajo.

Resumen

Explicaré cómo afecta cada parámetro y cómo funcionan los sensores. Cerebro: Arduino Pro Mini + pantalla táctil Nextion 2,8" para interfaz decente.

Vemos medidas de todos los sensores en tiempo real. Al pulsar un sensor, muestra histórico 24 h de ese sensor. Función de atenuación: bajar brillo o apagar pantalla (útil para monitorizar dormitorio de noche).

Apagamos pantalla de noche y al día siguiente consultamos valores individuales.

Recorreremos todo el proceso de construcción y funcionamiento. Al final podrás construir el tuyo. ¡Vamos!

Sensor PM2.5 – PMS5003

El dispositivo tiene 4 sensores principales. PMS5003 mide PM2.5 (partículas ~2,5 µm). Las partículas son la contaminación más dañina: penetran pulmones, torrente sanguíneo y cerebro.

Principio: dispersión láser. Ventilador crea flujo controlado para que particulas pasen por haz láser enfocado.

Partículas dispersan luz → fotodiodo detecta → microprocesador convierte a concentración PM. Resultados fiables; también da PM1 y PM10.

Sensor CO2 – MH-Z19

MH-Z19 mide CO2. La respiración humana eleva CO2 interior fácilmente. CO2 alto no solo es peligroso, también causa somnolencia, cansancio, baja productividad…

Principio: infrarrojo no dispersivo (NDIR). Fuente IR dirige luz por tubo con aire a medir. Al otro lado, filtro óptico + detector IR mide luz que pasa.

Moléculas CO2 absorben banda IR específica dejando pasar otras longitudes. Nivel CO2 = diferencia entre luz emitida y recibida. Resultados precisos.

Sensores VOC y Ozono – MP503 y MQ-131

Para VOC y Ozono: MP503 y MQ-131. Sensores de óxido metálico calentado; detectan cambio de resistencia ante gases objetivo.

Corriente eléctrica pasa por sustrato metálico; resistencia cambia según cantidad de gas.

MQ-131: objetivo = Ozono. En hogares: purificadores, vaporizadores faciales, lámparas germicidas UV…

MP503: múltiples gases (alcohol, humo, isobutano, formaldehído…). VOC = Compuestos Orgánicos Volátiles: emisiones de detergentes, limpiadores, ambientadores, pintura, maquillaje… Causan cefaleas, irritación ocular, reacciones cutáneas, mareos…

Diagrama de circuito – Monitor Calidad Aire Arduino DIY

Veamos conexiones:

Componentes:

• Sensor PM PMS5003 …………………….
• Sensor CO2 MH-Z19 ……………………..
• Sensor Ozono MQ-131 …………………..
• Sensor VOC MP503 ……………………….
• Sensor Temp/Hum DHT22………….
• Pantalla Nextion 2,8″ ……………………..
• RTC DS3231 ………………………………….
• Arduino Pro Mini………………..…….…..
• Espaciadores/Inserts M3 ……………
• Conector Mini USB …………………….
• Pin headers ………………………………….
• Interruptor 2 posiciones …………………………
• Condensadores: 0,1 µF cerámico y 10 µF electrolítico
• Transistores – 2N3904
• Interruptor

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Valores resistencias correctos: R1=1K, R2=2K, R6=100K o 1M, R7=1K

PM2.5: serie con Arduino. Funciona a 5 V pero RX a 3,3 V → divisor tensión. CO2 y Nextion: también serie. VOC y Ozono: entradas analógicas Arduino. DHT22: pin digital. Dos transistores activan calentadores sensores. RTC DS3231 (I2C) para timestamp al guardar valores. Alimentación: 5 V vía Mini USB.

Ver también: Los 8 Mejores Kits Inicio Arduino [Actualización 2021]

Conectando todo directamente → lío de cables.

¡Hace falta PCB!

PCB para Monitor Calidad Aire Arduino

Diseñé PCB con Altium Designer (patrocinador).

Altium Designer = décadas de innovación para entorno unificado. Equilibrio potencia/facilidad → solución PCB más usada.

Cómo diseñé la PCB:

• Esquemático: librerías integradas + búsqueda componentes fabricantes (cómodo para sourcing).
• Ej.: conector Mini USB encontrado con Manufacturer Part Search. Acceso a modelos 3D, footprints, dimensiones.
• Creé mis propias librerías: quería footprints 3D propios para ver PCB completa en 3D. Modelos 3D en CAD → exportar .STEP → importar en Altium.

Esquemático listo → generé PCB. Colocación componentes + Auto Route (clic) → trazas automáticas.

Ajuste manual si hace falta. Reglas de diseño para auto-ruteo, anchos por red, etc. Vista 3D y exportación archivo 3D para diseñar carcasa luego.

Gracias Altium por patrocinar. Más info y prueba:

Altium Designer prueba gratis – https://www.altium.com/yt/howtomechatronics
Visor Altium 365: https://www.altium.com/viewer

Archivos proyecto Altium:

Archivos Altium (proyecto, librerías, .STEP modelos 3D componentes):

Gerber PCB:

Generé Gerber + NC Drill → zip → listo para fabricación.

Pedí a JCLPCB: arrastras zip → info visual PCB.

Eliges propiedades → pides a buen precio.

Montaje PCB

PCBs llegados en días. Calidad genial, igual al diseño.

Montaje: componentes pequeños primero (resistencias, transistores).

Arduino Pro Mini: primero soldar pin headers. No hacen falta todos los pines, pero asegura A4, A5, DTR. Verifica que sea exactamente ese layout (a veces varían).

DHT22: doblar pines 90°. A veces uso Blu-tack para sujetar al soldar.

Condensadores estabilizan alimentación. Entrada 5 V por Mini USB.

Sobre conector alimentación: dos interruptores. Uno = encendido/apagado. Otro = modo subida sketch a Arduino. Pin headers para USB-UART, display, PM2.5, VOC, Ozono, CO2.

RTC DS3231: doblar pines 90°, soldar, poner pila (mantiene hora sin alimentación principal). PCB lista. Falta cables para PM2.5 y display.

Soldé pin headers macho al cable del sensor → conexión fácil a PCB. Display: 4 hilos soldados en trasera de su conector → PCB.

Monitor listo. Falta caja/carcasa. Con modelo 3D PCB de Altium, importar a CAD y diseñar carcasa.

Usé SOLIDWORKS. Carcasa simple: 2 piezas + tornillos/tuercas. Material: acrílico transparente 4 mm (me gusta ver PCB/componentes a la vista, buen modo de lucir proyecto DIY).

Descarga modelo 3D en Thangs:

Descarga modelo 3D en Thangs.

Fabricación de la carcasa

Acrílico 4 mm → encaja perfecto con display. Sin CNC, corté a mano con sierra de metal.

Hueco display: 2 agujeros broca → sierra mini por dentro → recortar forma. Lima para suavizar. Broca 3 mm para todos los agujeros (fijar PCBs, unir placas).

Quité film protector (muy satisfactorio). PCB a base: tornillos/tuercas M3. Sensor PM2.5 a placa: tornillos M2.

Uní placas con espaciadores: hembra + macho → distancia exacta.

Me encanta el resultado: funcional, aire circula bien alrededor de sensores.

Programación

Alimentamos y subimos programa. Alimentación 5 V por Mini USB (adaptador USB, cargador móvil, powerbank).

Subir sketch a Arduino Pro Mini: interfaz USB-serie UART en header programación. Importante: encender alimentación principal ANTES de conectar USB al PC (USB da solo 500 mA, puede no ser suficiente). Al subir sketch, activar interruptor de subida en PCB.

Descarga código Arduino y programa Nextion:

En Arduino IDE: Board = Arduino Pro Mini, Processor = versión correcta, Port, Programmer = "USBasp".

También hay que subir programa a pantalla Nextion. Tienen controlador ARM integrado que gestiona la pantalla.

Grádicos (botones, textos, imágenes, variables…) generados y controlados por la propia pantalla. Editor Nextion dedicado para crearlos. Comunicación Arduino-Display: 2 hilos (serie). Arduino envía valores sensores a display; display envía datos a Arduino cuando hace falta.

Subida programa display: tarjeta microSD con archivo .TFT generado por editor Nextion.

Display tiene lector tarjeta: insertar microSD con alimentación OFF. Encender → programa se sube a display. Quitar tarjeta, encender de nuevo → monitor funcionando.

Explicación del código

Librerías por sensor (enlaces abajo): MHZ19, PMS, MQ131, DHT, DS3231. Para entender lectura de cada sensor, leer doc de librerías y probar ejemplos.

Usamos SoftwareSerial porque MH-Z19 y PMS5003 usan serie. Arduino-Nextion: puerto serie hardware (por defecto).

Arduino lee sensores y envía datos a Nextion. Ejemplo:

Serial.print("tempV.val="); Serial.print(temp); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff);

Variable en Nextion "tempV". Para actualizar valor: comando "tempV.val=22" (nombre + ".val" + valor). Dos primeras líneas hacen eso. Nextion necesita tres write(0xff) finales para aceptar cualquier comando.

En programa Nextion: timer en bucle (como loop() Arduino) actualiza números constantemente.

En evento timer: código para cambiar color fondo por sensor según valor.

Página 2: forma de onda (waveform) con valores históricos desde Arduino. Horas y eje Y también vienen de Arduino.

Sobre waveform y números pantalla principal: objetos transparentes "Hotspots" en editor Nextion = botones. Pulsar hotspot en waveform → evento envía a "page 0".

Así funciona el programa. Para entenderlo del todo, hay que saber cómo trabaja cada sensor con su librería y cómo funciona Nextion.

Nota VOC: solo leemos dato bruto (analógico 0-1024). Valor alto = presencia VOC. No ppm/ppb.

Nota Ozono: para mayor precisión, ajustar setTimeToRead() y setR0() según ejemplo calibración librería. Pero setTimeToRead largo bloquea programa muestreando. Hay formas de evitarlo. Incluso sugeriría no usar sensor ozono salvo necesidad real.

¡Espero que disfrutaras y aprendieras! Si te gustó, considera apoyarme en Patreon. Preguntas en comentarios y mira mi Colección Proyectos Arduino.