La calidad del aire es uno de los factores ambientales que más influyen en nuestra salud. En esta práctica vamos a utilizar la Estación para Medir Calidad del Aire IoT Easy Plug (EducaCont) para recoger datos reales de temperatura, humedad, dióxido de nitrógeno (NO₂), monóxido de carbono (CO) y partículas en suspensión (PM2.5).

Esta estación educativa está diseñada para que el alumnado pueda aprender conceptos de medio ambiente, Internet de las Cosas (IoT), programación y análisis de datos utilizando sensores reales conectados a una placa Keyestudio Easy Plug basada en Arduino.

¿Qué es la estación EducaCont?

La estación EducaCont integra varios sensores ambientales que permiten monitorizar la calidad del aire:

• Sensor DHT22 (temperatura y humedad).
• Sensor MICS4514 (NO₂ y CO).
• Sensor PM2.5 (partículas en suspensión).
• Placa Keyestudio Easy Plug compatible con Arduino.

Puede utilizarse para:

• Medir la calidad del aire en el aula.
• Comparar distintos espacios del centro educativo.
• Realizar proyectos de ciencia ciudadana.
• Desarrollar proyectos IoT.
• Trabajar análisis de datos en Bachillerato.

Más información:

https://shop.innovadidactic.com/es/imagina-steam-y-makers/986-educacont-estacion-para-medir-calidad-del-aire-iot-easy-plug-8436574310122.html

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Instalación de las librerías

Antes de abrir el programa en Arduino IDE debemos instalar las librerías específicas de STEAMakerBlocks.

Descarga:

https://www.steamakersblocks.com/web/help/libraries

Paso 1

Descargar el archivo ZIP.

Paso 2

Descomprimir el archivo.

Paso 3

Crear la carpeta:

Documentos
└── Arduino
    └── libraries

Si no existe, créala manualmente.

Paso 4

Copiar dentro de libraries todas las carpetas descargadas.

Por ejemplo:

Arduino
└── libraries
    ├── ABlocks_DHT
    ├── ABlocks_PM25
    ├── ABlocks_MICS4514
    └── ...

Paso 5

Cerrar y volver a abrir Arduino IDE.

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¡MUY IMPORTANTE!

Problema al cargar programas

Durante nuestras pruebas encontramos un problema que puede volver loco a cualquiera.

La estación utiliza sensores conectados al puerto de comunicaciones de la placa.

Si intentamos cargar el programa con el cable COM conectado:

Aparecen errores como:

avrdude: stk500_recv(): programmer is not responding
avrdude: stk500_getsync()

o

Error: protocol expects sync byte

Solución

Antes de cargar

Desconectar el cable conectado al puerto COM.

Subir el programa

Esperar a que Arduino IDE indique:

Subido correctamente

Después

Volver a conectar el cable COM.

Resumen

Cada vez que modifiquemos el programa:

1. Desconectar COM.
2. Subir programa.
3. Esperar a que termine.
4. Reconectar COM.

Esta es probablemente la parte más importante de toda la práctica.

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Programación gráfica con STEAMakerBlocks

La estación también puede programarse mediante bloques utilizando STEAMakerBlocks.

En él podemos observar:

• Lectura de humedad.
• Lectura de temperatura.
• Lectura de NO₂.
• Lectura de partículas PM2.5.
• Lectura de CO.
• Envío de todos los datos al puerto serie.

Una vez comprobado el funcionamiento podemos exportar el proyecto a Arduino IDE para trabajar directamente con código C++.

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Programa completo

A continuación se muestra el programa completo utilizado en esta práctica. Puedes copiarlo y pegarlo directamente en Arduino IDE.

#include "ABlocks_DHT.h"

double humedad;
double temperatura;
double no2_ug_m3;
double particulas_ug_m3;
double co_mg_m3;
DHT dht9(9,DHT22);

void detener_medicion_nn_minutos() {
  for (int count = 0; count < 15; count++) {
    delay(60000);
  }
}

void fnc_mics4514_preheat(int _prepin)
{
  pinMode(_prepin, OUTPUT);
  digitalWrite(_prepin, 1);
  delay(50000);
  digitalWrite(_prepin, 0);
}

double fnc_mics4514(int _prepin, int _noxpin, int _redpin, int _result, double _temp)
{
  double vnox_value = (float)analogRead(_noxpin);
  double VPIN_NO2 = vnox_value*5.0/1023.0;
  double R0_NO2 = 2200.0;
  double RS_NO2 = ((5.0*22000.0)/VPIN_NO2)-22000.0;
  double ppbNO2 = 0.0473538*(RS_NO2/R0_NO2)-60.4778+50.8654* pow((RS_NO2/R0_NO2),0.327898);
  double ug_m3NO2 = ppbNO2*1.88;

  double vred_value = (float)analogRead(_redpin);
  double VPIN_CO = vred_value*5.0/1023.0;
  double R0_CO = 750000.0;
  double RS_CO = ((5.0*47000.0)/VPIN_CO)-47000.0;
  double FactorT = 250.0/(3313.44/_temp+194.11-2.51*_temp);
  double RS_COT = RS_CO;

  if(_temp > -999)
    RS_COT = FactorT*RS_CO;

  double ppmCO = -75.6518+exp(-143.735*(RS_COT/R0_CO))+41.1398/(RS_COT/R0_CO)+27.3354*(RS_COT/R0_CO);
  double mg_m3CO = ppmCO*1.14;

  if(_result==0)return max(0.0,ppbNO2);
  if(_result==1 && (VPIN_CO >= 0.4))return max(0.0,ppmCO);
  if(_result==2)return max(0.0,ug_m3NO2);
  if(_result==3 && (VPIN_CO >= 0.4))return max(0.0,mg_m3CO);
  if(_result==4)return max(0.0,VPIN_NO2);
  if(_result==5)return max(0.0,VPIN_CO);

  return 0.0;
}

double fnc_pm25(int _ledpin, int _outpin, int _result)
{
  digitalWrite(_ledpin,LOW);
  delayMicroseconds(280);

  double voMeasured = (float)analogRead(_outpin);

  delayMicroseconds(40);
  digitalWrite(_ledpin,HIGH);
  delayMicroseconds(9680);

  double calcVoltage = voMeasured * (5.0/(1023.0+1.0));
  double ug_m3PM = 1000*(0.172*calcVoltage - 0.0999);

  if(_result==1)return max(0.0,ug_m3PM);
  if(_result==2)return calcVoltage;

  return 0.0;
}

void leer_sensores() {

  humedad = dht9.readHumidity();
  temperatura = dht9.readTemperature();

  no2_ug_m3 = fnc_mics4514(8,A0,A1,2,temperatura);
  particulas_ug_m3 = fnc_pm25(2,A6,1);
  co_mg_m3 = fnc_mics4514(8,A0,A1,3,temperatura);

  Serial.print(String("Humedad:"));
  Serial.print(humedad);

  Serial.print(String("-Temperatura:"));
  Serial.print(temperatura);

  Serial.print(String("-NO2:"));
  Serial.print(no2_ug_m3);

  Serial.print(String("-Partículas:"));
  Serial.print(particulas_ug_m3);

  Serial.print(String("-CO:"));
  Serial.println(co_mg_m3);

  delay(1000);
}

void setup()
{
  pinMode(9, INPUT);

  pinMode(8, OUTPUT);
  pinMode(A0, INPUT);
  pinMode(A1, INPUT);

  pinMode(A6, INPUT);
  pinMode(2, OUTPUT);

  Serial.begin(9600);

  Serial.flush();

  while(Serial.available()>0)
    Serial.read();

  dht9.begin();

  fnc_mics4514_preheat(8);

  delay(1000);

  Serial.println(String("INICIANDO"));
}

void loop()
{
  leer_sensores();
}

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Explicación del programa

Variables utilizadas

double humedad;
double temperatura;
double no2_ug_m3;
double particulas_ug_m3;
double co_mg_m3;

Estas variables almacenan las medidas obtenidas por los sensores.

Sensor DHT22

Permite medir:

• Temperatura (°C)
• Humedad (%)

humedad = dht9.readHumidity();
temperatura = dht9.readTemperature();

Sensor MICS4514

Permite estimar:

• Dióxido de nitrógeno (NO₂)
• Monóxido de carbono (CO)

no2_ug_m3 = fnc_mics4514(8,A0,A1,2,temperatura);
co_mg_m3 = fnc_mics4514(8,A0,A1,3,temperatura);

Este sensor necesita un calentamiento previo para ofrecer medidas fiables.

Por ello aparece:

fnc_mics4514_preheat(8);

Sensor PM2.5

Permite estimar la concentración de partículas contaminantes presentes en el aire.

particulas_ug_m3 = fnc_pm25(2,A6,1);

Envío de datos al puerto serie

Una vez obtenidas todas las medidas se envían al monitor serie.

Serial.print(String("Humedad:"));
Serial.print(humedad);

Serial.print(String("-Temperatura:"));
Serial.print(temperatura);

Serial.print(String("-NO2:"));
Serial.print(no2_ug_m3);

Serial.print(String("-Partículas:"));
Serial.print(particulas_ug_m3);

Serial.print(String("-CO:"));
Serial.println(co_mg_m3);

Inicialización

Al arrancar la placa:

Serial.begin(9600);

Se inicia la comunicación serie.

Posteriormente:

Serial.println(String("INICIANDO"));

muestra un mensaje de bienvenida.

Bucle principal

El programa ejecuta continuamente:

leer_sensores();

por lo que cada segundo obtenemos una nueva medida ambiental.

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Ejemplo de salida

Humedad:52.4-Temperatura:24.8-NO2:17.2-Partículas:8.5-CO:0.42
Humedad:52.5-Temperatura:24.8-NO2:17.1-Partículas:8.7-CO:0.41
Humedad:52.6-Temperatura:24.9-NO2:17.3-Partículas:8.4-CO:0.43

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Actividades propuestas

Actividad 1

Medir la calidad del aire dentro del aula.

Actividad 2

Comparar interior y exterior del centro.

Actividad 3

Comparar distintas aulas.

Actividad 4

Representar los datos mediante gráficos en LibreOffice Calc.

Actividad 5

Estudiar cómo cambia la calidad del aire durante el recreo.

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Conclusión

Con esta práctica hemos aprendido a:

• Utilizar sensores ambientales reales.
• Programar una placa compatible con Arduino.
• Trabajar con STEAMakerBlocks.
• Exportar proyectos a Arduino IDE.
• Interpretar datos de calidad del aire.
• Comprender cómo funciona una estación IoT de monitorización ambiental.

Y sobre todo, hemos descubierto un truco fundamental para trabajar con EducaCont:

✅ Desconectar el cable COM antes de subir el programa y volver a conectarlo después.

Sin este paso, la carga del programa puede fallar aunque todo esté correctamente conectado. 🚀🤖🌍