Senzor Kvality Ovzduší CCS811: Specifikace a Použití

CCS811 je nízkonapěťový digitální senzor plynů, který v sobě obsahuje MOX detektor plynů, který dokáže detekovat široké rozpětí látek VOC pro detekci kvality vzduchu v místnosti. Nejobvyklejší typ zařízení pro měření kvality ovzduší pro stanovení ppm koncentrace CO2 nebo těkavých organických sloučenin (VOC) v prostředí je založen na polovodičovém elektrochemickém prvku, který generuje výstupní napětí úměrné koncentraci daného plynu nebo chemikálie.

Jeden komerční snímač MOS pro inteligentní domácí aplikace je dodáván firmou ams. Konkrétně digitální MOS senzor CCS811B, který obsahuje mikrokontrolér, analogově-digitální převodník (ADC) a rozhraní I2C. Zařízení zpracovává surové naměřené hodnoty přímo z čidla a převádí je na hodnoty "equivalent total VOC " (eTVOC) a " equivalent CO2 " (eCO2).

Každý MOS senzor má charakteristický základní odpor pro odpovídající konkrétnímu složení vzduchu, teplotě a vlhkosti. Tato vlastnost se použije jako základ pro výpočet koncentrace plynů nebo chemických látek. V terénu ovlivňuje okolní teplota a vlhkost základní odpor senzorového prvku, a tím mění citlivost a přesnost. Zvýšení okolní teploty zvyšuje odpor čidla (pro danou vlhkost), zatímco zvýšení vlhkosti může snížit odpor (pro danou teplotu).

Mnohé z těchto zařízení mají integrovány dostatečně výkonné mikroprocesory, které jsou schopny provádět zpracování surových dat ze snímačů a jejich kompenzaci dle vlhkosti a teploty. Pro sestavení bezdrátového senzoru kvality vzduchu je potřeba spojit diskrétní snímač MOS, snímač vlhkosti a teploty, bezdrátový transceiver a mikroprocesor do jednoho systému. Což znamená časově náročný úkol.

Integrace s BME280 pro Kompenzaci Teploty a Vlhkosti

Oblíbeným zařízením pro tuto problematiku je BME280 od společnosti Bosch Sensortec. BME280 má integrován senzor vlhkosti, tlaku a teploty a je nabízen v pouzdře LGA o velikosti 2,5 x 2,5 x 0,93 mm. Snímač má rozhraní I2C pro komunikaci s externím mikroprocesorem a vyžaduje napájení od 1,71 do 3,6 V.

Čtěte také: Nerezové koše se senzorem: Co zvážit?

Například SEN-14348 Combo Breakout od SparkFun Electronics je osazen snímačem kvality vzduchu CCS811B a snímačem BME280 pro měření teploty a vlhkosti pro následnou kompenzaci.

Přestože SEN-14348 může být použit jako základ pro návrh snímače kvality vzduchu kompenzované teplotou a vlhkostí, není to komplexní řešení. CCS811B sice obsahuje mikroprocesor, ale jeho výkon je dostatečný jen pro zpracování dat z pravidelného měření a k provádění kompenzaci. Složitější aplikace, například sledování mezních hodnot kvality vzduchu nebo výpočet dlouhodobých plynových nebo chemických koncentrací, jsou mimo schopnost tohoto mikroprocesoru.

Vývojové Sady a Bezdrátová Komunikace

Komerční snímače MOS postrádají možnost bezdrátové komunikaci. Máme však na výběr z hotových vývojových sestav, které výrazně usnadňuje celý proces vývoje. Pro prvotní vývoj SparkFun doporučuje propojení SEN-14348 se systémem Arduino, jako je například RedBoard. RedBoard se připojuje k počítači pomocí USB kabelu pro nahrávání kódu z IDE Arduino. USB kabel slouží také k napájení desky RedBoard.

Chcete-li používat zařízení RedBoard s konektory Qwiic, je nutné použít modul DEV-14352 Qwiic. K dispozici jsou knihovny pro SparkFun CCS811 a BME280 od společnosti Github. Senzory je nutné nakonfigurovat přes Arduino IDE.

Zatímco SparkFun SEN-14348 breakout, počítač Arduino a modul DEV-14352 Qwiic umožňuje zpracování údajů o kvalitě ovzduší, systém nenabízí žádné bezdrátové připojení. Sada umožňuje kódovat a kompilovat aplikace a pak přenést firmware na Cypress 'PSoC 4 Bluetooth low energy SoC. SoC obsahuje 32bitový procesor Arm Cortex-M0 s frekvencí 48 MHz a Bluetooth transceiver.

Čtěte také: Srovnání venkovních senzorů kvality ovzduší

Cypress a SparkFun společně nabízí řešení. Použitím Pioneer Kit CY8CKIT-062-BLE PSoC 6 BLE od společnosti Cypress a doplňkovým modulem Pioneer IoT DEV-14531 PSoC od společnosti SparkFun (vybavený modulem XB2B-WFWT-001 XBee Wi-Fi) můžete vyvinout síť, která čte kompenzovaná data o kvalitě ovzduší ze snímače, přenáší je přes Bluetooth z Pioneer Kit CY8CKIT-042-BLE-PSoC 4 BLE do sady CY8CKIT-062-BLE PSoC 6 BLE Pioneer a odtud (přes Wi-Fi) do cloudu.

Údaje ze senzoru mohou být přesměrovány ze smartphonu na cloudový server, aby se uložili a mohla se spustit notifikační rutina "If That Then That" (IFTTT). V sítích Bluetooth Low Energy od Cypress obecně chybí síťová vrstva IPv6.

V tomto případě jsou kompenzované údaje o kvalitě ovzduší předávány prostřednictvím I2C komunikace. Cypress nabízí nástroj CySmart Host Emulation pro emulaci hostitelského systému v prostředí Windows (běžící na počítači) a Bluetooth dongle pro lepší debugging a testování.

Ukázka Kódu pro Inicializaci a Čtení Dat

Níže jsou uvedeny části kódu pro inicializaci a čtení dat ze senzoru CCS811 a BME280:

Část kódu 1: Inicializační rutina pro snímač BME280 před odečtením hodnot.

Čtěte také: Odpadkové koše Lamart s automatickým otevíráním

delay(10); //Make sure sensor had enough time to turn on.

Část kódu 2: Rutina pro snímání a čtení z čidla CCS811.

Enviromentální údaje ("ENV_DATA") z BME280 jsou zapsány do CCS811 tak, aby mohla být provedena kompenzace vůči vlivu teploty a vlhkosti. Vlhkost a teplota jsou reprezentovány jako unsigned 16bitový integer s rozlišením 1/512% RH a 1/512 stupňů. Výchozí hodnota pro vlhkost je 50% (= 0x64, 0x00). Například vlhkost 48,5% = 0x61, 0x00. Výchozí teplota je 25 ° C (= 0x64, 0x00). Například 23,5 ° C = 0x61, 0x00.

Část kódu 3: Údaje o teplotě a vlhkosti, které umožňují snímači CCS811 provést kompenzační algoritmus.

Závěr

Vzhledem k rostoucímu povědomí o škodlivých účincích těkavých organických sloučenin (VOC) a vysoké koncentraci plynů, jako je CO2 je žádoucí mít senzory kvality ovzduší integrované v systému správy budov. Nicméně pomocí vývojových sad a dostupných nástrojů můžeme rychle sestavit systém, který nám poskytuje údaje o kvalitě vzduchu, a to včetně kompenzace vůči teplotě a vlhkosti.

tags: #senzor #kvality #ovzdusi #ccs811 #specifikace

Oblíbené příspěvky:

• Bezdotykové koše Lamart
• Kyjov - ekologické iniciativy
• Spirály v přírodě: Logaritmický pohled
• Znečištění ovzduší a benzo(a)pyren
• Tapety na PC zdarma