A Winsen é uma empresa chinesa amplamente reconhecida no setor de sensores de gases e qualidade do ar, com forte presença no mercado global por meio de distribuidores internacionais e plataformas de comércio eletrônico como o AliExpress. Seus sensores das séries ME e ZE são especialmente populares entre desenvolvedores, integradores e entusiastas de sistemas embarcados por oferecerem boa precisão, fácil integração com microcontroladores e preços acessíveis. Esses dispositivos são frequentemente usados em soluções de monitoramento ambiental, segurança industrial, automação residencial e dispositivos móveis (wearables) voltados à saúde e segurança.
A série ME representa sensores eletroquímicos analógicos ou digitais, com ênfase em alta sensibilidade e baixo consumo de energia. Já a série ZE compreende sensores digitais integrados que incorporam uma interface UART (e, em alguns modelos, também I2C), proporcionando respostas mais rápidas e facilidade de comunicação com microcontroladores como o ESP32. Modelos como ME-CO, ZE07-CO, ZE15-CO, ZE16B-CO e ZE19-CO são voltados à detecção de monóxido de carbono (CO), um gás incolor, inodoro e extremamente tóxico mesmo em baixas concentrações.
Esses sensores têm ganhado espaço especialmente em projetos com microcontroladores baseados na arquitetura Xtensa, como o ESP32, e ambientes de desenvolvimento como o ESP-IDF v5.5, onde sua interface UART facilita a prototipagem rápida e confiável. Além disso, sua variedade de faixas de medição e tempos de resposta adaptam-se bem a diferentes demandas – desde alarmes residenciais simples até sistemas industriais de ventilação e segurança ambiental.
Ao longo deste artigo, exploraremos os riscos associados ao monóxido de carbono, detalharemos cada sensor mencionado, discutiremos suas características técnicas e finalizaremos com um exemplo de código em C que implementa uma interface genérica para leitura desses sensores no ESP-IDF. O objetivo é fornecer um material didático, confiável e acessível, especialmente útil para engenheiros e estudantes envolvidos em projetos de monitoramento de gases com foco em aplicações reais.
Riscos do Monóxido de Carbono (CO) à Saúde Humana e ao Meio Ambiente
O monóxido de carbono (CO) é um dos gases mais perigosos encontrados em ambientes urbanos e industriais. Trata-se de um gás incolor, inodoro e insípido, o que o torna praticamente indetectável sem o uso de sensores específicos. O CO é gerado principalmente pela queima incompleta de combustíveis fósseis, como gasolina, gás natural, carvão e madeira. Fontes comuns incluem motores a combustão, aquecedores mal ventilados, fogões a gás e geradores portáteis.
Do ponto de vista da saúde humana, a toxicidade do CO se deve à sua afinidade com a hemoglobina, proteína responsável pelo transporte de oxigênio no sangue. O CO se liga à hemoglobina com uma afinidade cerca de 200 a 250 vezes maior que o oxigênio, formando a carboxi-hemoglobina (COHb), o que reduz drasticamente a capacidade do sangue de transportar oxigênio aos tecidos. Os sintomas de intoxicação leve incluem dor de cabeça, tontura, fraqueza e náuseas. Em casos mais graves, podem ocorrer perda de consciência, danos neurológicos permanentes e até a morte.
As agências reguladoras estabelecem limites rígidos para a exposição ao CO. Segundo a OSHA (Occupational Safety and Health Administration, dos EUA), o limite permissível de exposição (PEL) para trabalhadores é de 50 ppm (partes por milhão) em uma jornada de 8 horas. Já a EPA (Environmental Protection Agency) recomenda um valor máximo de 9 ppm para exposição de 8 horas em ambientes residenciais. Picos de 100 a 200 ppm podem causar sintomas em minutos, e concentrações acima de 400 ppm são potencialmente letais após exposições prolongadas.
Embora o CO tenha impacto ambiental menor que outros poluentes atmosféricos (por não ser um gás de efeito estufa ou precursor de chuva ácida), sua presença está frequentemente associada à poluição urbana e ao funcionamento ineficiente de motores e sistemas de combustão. Dessa forma, o monitoramento do CO contribui não apenas para a segurança humana, mas também para o diagnóstico da eficiência energética e da qualidade do ar em ambientes urbanos e industriais.
Sensor ME-CO – Características e Aplicações
O sensor ME-CO da Winsen é um sensor eletroquímico analógico projetado especificamente para a detecção de monóxido de carbono (CO). Utiliza o princípio da reação eletroquímica entre o gás-alvo e o eletrodo interno para gerar uma corrente proporcional à concentração do gás presente no ambiente. Essa corrente, geralmente da ordem de microamperes, pode ser convertida em uma leitura digital utilizando circuitos de condicionamento e um conversor analógico-digital (ADC), como os integrados ao microcontrolador ESP32.
A faixa típica de detecção do ME-CO varia entre 0 a 1000 ppm, sendo ideal para aplicações que exigem boa precisão em níveis médios de CO, como em sistemas de ventilação inteligente, alarmes residenciais ou análise da qualidade do ar em espaços fechados. Seu tempo de resposta é relativamente rápido para sensores eletroquímicos, com média de menos de 60 segundos (T90), o que o torna adequado para aplicações com necessidade de resposta moderadamente dinâmica. A tensão de operação fica entre 2,0 a 3,0 V, com corrente muito baixa (tipicamente abaixo de 10 µA), o que o torna excelente para sistemas alimentados por bateria.
O ME-CO deve ser utilizado com um circuito de leitura que garanta estabilidade e linearidade. Uma abordagem comum é usar um amplificador transimpedância para converter a corrente gerada em uma tensão que possa ser lida por um ADC. O circuito também deve prever filtragem e compensação de temperatura, visto que sensores eletroquímicos são sensíveis a variações ambientais. Em sistemas baseados em ESP32, é possível usar o ADC interno, com amostragem periódica e filtragem digital via software, para obter leituras confiáveis.
Aplicações típicas do ME-CO incluem sistemas de segurança residencial, detectores portáteis de gás, instrumentos de medição da qualidade do ar interior (IAQ) e projetos acadêmicos voltados à engenharia ambiental. É importante considerar que, como todo sensor eletroquímico, o ME-CO possui vida útil limitada (tipicamente 2 anos) e pode ser afetado por interferência cruzada com outros gases, como hidrogênio ou etanol, exigindo calibração regular e verificação de integridade em aplicações críticas.
Sensor ZE07-CO – Características e Aplicações
O ZE07-CO é um sensor digital inteligente da Winsen projetado para a detecção de monóxido de carbono (CO), com saída de dados em formato serial UART. Ao contrário do sensor ME-CO, que exige condicionamento analógico externo, o ZE07-CO já incorpora circuito interno de amplificação, compensação e digitalização, oferecendo uma saída direta de dados via protocolo serial. Essa abordagem o torna extremamente conveniente para aplicações com microcontroladores modernos como o ESP32, especialmente em projetos com múltiplos sensores ou com restrições de tempo de desenvolvimento.
O ZE07-CO possui faixa típica de medição entre 0 a 1000 ppm, com boa sensibilidade e precisão em concentrações baixas e médias de CO. Seu tempo de resposta é tipicamente de menos de 30 segundos (T90), o que o torna adequado para aplicações onde a detecção rápida é desejada. Ele opera com alimentação de 3,7V a 5,0V, consumindo cerca de 15 mA em operação contínua, sendo compatível com os reguladores de tensão e interfaces seriais comuns em placas de desenvolvimento baseadas no ESP32.
Uma das principais vantagens do ZE07-CO é sua simplicidade de integração. Ele envia pacotes de dados em intervalos regulares, contendo informações sobre a concentração de gás medida em ppm, status do sensor e, em alguns modelos, códigos de erro. Isso permite que o firmware apenas leia os bytes da UART e extraia as informações de forma direta, sem a necessidade de conversões analógicas ou filtros complexos. Esse modelo é ideal para projetos rápidos e confiáveis, como detectores residenciais de CO, sistemas automotivos embarcados, robôs ambientais ou sistemas portáteis de diagnóstico.
No entanto, o ZE07-CO também possui limitações. Sua interface UART pode apresentar ruído em ambientes industriais sem proteção adequada, e sua comunicação síncrona com microcontroladores exige cuidado com o buffer de recepção e sincronização dos pacotes. Além disso, embora possua compensações internas, sua precisão depende de calibração periódica e pode sofrer variações em ambientes com alta umidade ou interferência de outros gases, como amônia ou hidrogênio. O fabricante recomenda operação em temperaturas entre -10 °C e +50 °C, com umidade relativa abaixo de 95%.
Sensor ZE15-CO – Características e Aplicações
O ZE15-CO é uma versão mais robusta e aprimorada da linha ZE de sensores digitais para monóxido de carbono (CO) desenvolvidos pela Winsen. Ele foi projetado com foco em confiabilidade e estabilidade em ambientes externos ou sujeitos a variações ambientais severas. Assim como o ZE07-CO, esse sensor opera via interface UART, fornecendo dados digitais já processados e calibrados, facilitando sua integração com microcontroladores como o ESP32 em aplicações de monitoramento contínuo.
A faixa de detecção típica do ZE15-CO vai de 0 a 1000 ppm, cobrindo com boa resolução os níveis perigosos de CO em ambientes industriais e urbanos. Seu tempo de resposta é rápido, geralmente abaixo de 30 segundos (T90), e sua saída serial transmite pacotes com informações formatadas contendo a concentração de CO, status de funcionamento e alertas de erro. Ele opera com tensão de 4,5V a 5,5V, e consome aproximadamente 20 mA, o que o torna adequado para aplicações com alimentação estável, embora menos indicado para dispositivos alimentados por bateria.
Dentre seus diferenciais está a maior imunidade a interferência eletromagnética e melhor proteção contra poeira e partículas, graças ao encapsulamento mais robusto. O ZE15-CO é frequentemente utilizado em estações ambientais fixas, sistemas de ventilação inteligente, aplicações industriais em espaços confinados e monitoramento urbano conectado a redes LoRa ou Wi-Fi, sendo ideal para projetos que exijam durabilidade, estabilidade de longo prazo e operação em campo.
Apesar de suas vantagens, o ZE15-CO exige atenção à ventilação correta do ambiente ao seu redor para garantir medições representativas do ar local. Além disso, mesmo com a calibração de fábrica, recomenda-se recalibração anual para assegurar precisão dentro dos limites especificados. O sensor opera de forma estável em temperaturas entre -20 °C e +50 °C, e umidade relativa de até 95% sem condensação, sendo uma opção versátil para cenários com condições ambientais moderadas a severas.
Sensor ZE16B-CO – Características e Aplicações
O ZE16B-CO é um sensor digital modular da Winsen que oferece uma solução altamente integrada e de fácil uso para a detecção de monóxido de carbono (CO). Ele pertence à geração mais recente da linha ZE e foi concebido com ênfase em confiabilidade, encapsulamento compacto e comunicação simplificada, sendo particularmente adequado para aplicações portáteis e sistemas embarcados de baixa complexidade. Seu formato padronizado facilita a substituição e atualização em campo, tornando-o atraente para produtos comerciais e industriais com manutenção regular.
Este sensor cobre uma faixa de detecção de 0 a 1000 ppm, com resposta típica abaixo de 25 segundos (T90). A alimentação recomendada é de 3,7V a 5,5V, com consumo de corrente em torno de 15 mA, o que o torna compatível com diversos sistemas embarcados, incluindo o ESP32 operando em modo de baixo consumo com interfaces UART ativas. A comunicação serial segue o padrão de pacotes definido pela Winsen, com comandos de leitura, configuração e calibração, facilitando a integração em sistemas com requisitos de confiabilidade automatizada.
O ZE16B-CO é utilizado em uma ampla gama de aplicações, incluindo detecção portátil de CO, sistemas de segurança automotiva, dispositivos de wearable voltados à saúde e segurança e integração com sistemas IoT domésticos. Seu encapsulamento leve e vedado oferece proteção contra poeira e interferência ambiental, tornando-o ideal para aplicações externas moderadas ou dispositivos móveis. Além disso, seu protocolo de comunicação permite verificação de integridade dos dados (checksum), o que é fundamental para ambientes ruidosos ou com comunicação remota.
Entretanto, como qualquer sensor baseado em princípio eletroquímico, o ZE16B-CO requer atenção à vida útil – estimada em 2 a 3 anos em operação contínua – e pode apresentar respostas falsas diante de certos gases interferentes, como H₂ ou etanol. Em projetos críticos, recomenda-se implementar verificação cruzada com sensores auxiliares e realizar testes periódicos de recalibração. A faixa de temperatura operacional vai de -20 °C a +50 °C, com umidade relativa tolerada de até 95% sem condensação, sendo perfeitamente alinhado às exigências da maioria dos dispositivos móveis e embarcados modernos.
Sensor ZE19-CO – Características e Aplicações
O ZE19-CO é um sensor digital da Winsen voltado para aplicações robustas e industriais de monitoramento de monóxido de carbono (CO). Posicionado como uma versão com encapsulamento reforçado e durabilidade estendida dentro da linha ZE, o ZE19-CO é especialmente indicado para ambientes exigentes, como galpões, indústrias, túneis e ambientes semiabertos sujeitos a variações térmicas e de umidade. Seu corpo metálico com proteção contra interferência eletromagnética (EMI) e blindagem física garante maior resistência e estabilidade ao longo do tempo.
A faixa de detecção típica do ZE19-CO é de 0 a 1000 ppm, com tempo de resposta rápido, geralmente inferior a 25 segundos (T90). Ele opera com uma alimentação de 5V, e possui consumo de corrente em torno de 30 mA, sendo um pouco mais exigente em termos energéticos do que outros sensores da linha. Sua interface de comunicação padrão é UART, e alguns modelos incluem suporte a Modbus RTU, tornando-o ainda mais compatível com sistemas industriais baseados em CLPs (Controladores Lógicos Programáveis), gateways IoT e microcontroladores com múltiplas interfaces seriais, como o ESP32.
Uma das vantagens do ZE19-CO é sua alta estabilidade térmica e imunidade a variações de umidade e pressão, fatores que costumam afetar significativamente a leitura de sensores eletroquímicos. Ele é amplamente utilizado em sistemas fixos de monitoramento de ar em espaços confinados, sistemas de ventilação e exaustão automatizada, aplicações em segurança ocupacional e sistemas conectados em tempo real via LoRa, Wi-Fi ou Ethernet industrial. Sua estrutura o torna ideal para ambientes onde é necessário manter a operação contínua por longos períodos sem recalibração frequente.
Apesar de sua robustez, o ZE19-CO ainda depende de cuidados como ventilação adequada ao seu redor, calibração periódica conforme uso e consideração de possíveis interferências cruzadas com gases como H₂ e CH₄. Sua faixa operacional vai de -20 °C a +60 °C, com tolerância a umidade relativa de até 95% sem condensação, suportando com eficiência ambientes industriais pesados. A Winsen fornece bibliotecas e comandos detalhados para comunicação serial, o que facilita sua integração com o ESP-IDF e outras plataformas de desenvolvimento embarcado.
Código Genérico de Leitura com ESP32 e ESP-IDF v5.5
Para facilitar a integração dos sensores da linha ZE e ME da Winsen em projetos com o ESP32 utilizando o ambiente ESP-IDF v5.5, apresentamos a seguir uma estrutura de código genérica e modular. O objetivo é criar uma interface unificada para diferentes sensores, permitindo que o desenvolvedor leia os níveis de gás por meio de uma função abstrata, como float obter_nivel_gas(tipo_sensor_t sensor). Isso simplifica a manutenção, escalabilidade e portabilidade do projeto.
Primeiramente, definimos uma enumeração para identificar os sensores:
typedef enum {
SENSOR_ZE07_CO,
SENSOR_ZE15_CO,
SENSOR_ZE16B_CO,
SENSOR_ZE19_CO,
SENSOR_ME_CO // apenas como base, requer tratamento analógico
} tipo_sensor_t;
Em seguida, criamos uma função genérica para leitura dos dados via UART. Esta função pode ser adaptada para cada sensor conforme o protocolo de comunicação:
float obter_nivel_gas(tipo_sensor_t sensor) {
uint8_t cmd[9]; // comando base para solicitação de leitura
uint8_t resposta[9]; // buffer de resposta do sensor
int uart_num = UART_NUM_1;
// Exemplo: comando para ZE07-CO
if (sensor == SENSOR_ZE07_CO) {
memcpy(cmd, (uint8_t[]){0xFF, 0x01, 0x86, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x79}, 9);
uart_write_bytes(uart_num, (const char*)cmd, 9);
uart_read_bytes(uart_num, resposta, 9, pdMS_TO_TICKS(100));
if (resposta[0] == 0xFF && resposta[1] == 0x86) {
int ppm = (resposta[2] << 8) | resposta[3];
return (float)ppm;
}
}
// Outros sensores podem ser adicionados com seus próprios protocolos aqui
// Por exemplo: SENSOR_ZE15_CO, SENSOR_ZE16B_CO, etc.
return -1.0; // erro ou sensor não suportado
}
A estrutura modular permite adicionar novos sensores implementando funções específicas ou trechos dentro do switch-case no estilo obter_nivel_gas. Além disso, para sensores analógicos como o ME-CO, é possível implementar uma leitura via ADC do ESP32 com compensações por temperatura:
float ler_sensor_me_co_adc(void) {
int adc_raw = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_6); // GPIO34 por exemplo
float tensao = (float)adc_raw / 4095.0f * 3.3f; // Conversão para tensão
return tensao * 1000; // valor fictício de calibração, em ppm
}
Por fim, pode-se fazer um encapsulamento para escolher automaticamente o tipo de leitura:
float obter_nivel_gas(tipo_sensor_t sensor) {
switch (sensor) {
case SENSOR_ME_CO:
return ler_sensor_me_co_adc();
case SENSOR_ZE07_CO:
return ler_sensor_ze07_co();
// Adicionar os demais sensores conforme necessário
default:
return -1.0;
}
}
Esse modelo permite expansões futuras, como uso de múltiplas UARTs, buffers circulares, checagem de CRC, watchdogs para sensores e integração com sistemas de alarme, dashboards em nuvem ou automação local. A modularidade do ESP-IDF v5.5 facilita essa arquitetura por meio de componentes reutilizáveis e FreeRTOS para multitarefa eficiente.
Conclusão
A integração de sensores da linha ME e ZE da Winsen com microcontroladores como o ESP32, especialmente utilizando o ambiente ESP-IDF v5.5, representa uma solução prática, econômica e tecnicamente sólida para projetos de monitoramento de monóxido de carbono em aplicações residenciais, industriais, automotivas e ambientais. Ao explorar sensores com diferentes características – desde analógicos como o ME-CO até módulos digitais robustos como o ZE19-CO – o desenvolvedor pode escolher o componente mais adequado às necessidades de precisão, resposta, consumo e complexidade de cada projeto.
Este artigo apresentou, de forma didática e acessível, os riscos do monóxido de carbono à saúde e à segurança humana, reforçando a importância da detecção precoce e confiável desse gás tóxico. Em seguida, detalhamos as especificações, condições operacionais e aplicações típicas de cinco sensores amplamente disponíveis, explicando suas vantagens e cuidados de uso. Por fim, foi fornecido um exemplo de código modular e reutilizável, que permite abstrair a leitura de diferentes sensores por meio de uma única função, facilitando a escalabilidade e manutenção de projetos reais.
Ao adotar uma arquitetura baseada em componentização e abstração de hardware, o desenvolvedor garante um firmware mais limpo, adaptável e pronto para expansão. Isso é particularmente importante em sistemas embarcados modernos, onde o mesmo hardware pode ser reaproveitado em múltiplas linhas de produto ou projetos com sensores distintos. Além disso, o uso correto de bibliotecas do ESP-IDF, UARTs independentes, tarefas FreeRTOS e ADCs integrados permite construir soluções profissionais, mesmo com orçamento e recursos limitados.
Por fim, é importante reforçar que sensores eletroquímicos requerem atenção contínua quanto à vida útil, calibração periódica e interferências cruzadas. O sucesso de um sistema de monitoramento ambiental vai além da leitura do sensor — envolve engenharia cuidadosa, testes práticos e validação contínua em campo. A Winsen, com sua linha ME e ZE, oferece uma base confiável, e cabe ao desenvolvedor transformar essa base em sistemas seguros, responsivos e prontos para proteger vidas e ambientes.
