使用CDM7160和MK64FN1M0VDC12控制CO2浓度
通过精确的CO2监测轻松呼吸
已发布 6月 24, 2024
点击板
NDIR CO2 Click
开发板
Clicker 2 for Kinetis
编译器
NECTO Studio
微控制器单元
MK64FN1M0VDC12
专注于福祉，我们的二氧化碳监测解决方案确保室内空间保持最佳二氧化碳水平，从而提高舒适度和认知表现。
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硬件概览
它是如何工作的？
NDIR CO2 Click 基于 Figaro Engineering 的 CDM7160，这是一种预校准的单光源、双波长二氧化碳传感系统。其光源发出的光由两个红外传感器检测。一个光传感器位于仅允许部分受二氧化碳气体影响的红外光谱通过的滤波器后面，而第二个传感器位于允许未受二氧化碳气体影响的红外光谱通过的滤波器后面。这形成了传感器的差分输入 - 集成的 MCU 将通过区分这些读数来处理接收到的数据。这允许获得二氧化碳气体浓度的绝对值，并消除粒子和其他干扰的影响，因为它们同样影响两个传感器。这确保了在各种温度和环境（包括富含腐蚀性气体（SO2，H2S等）的区域）以及较长时间（老化）内的一致读数。CDM7160 传感器可以以两种方式输出数据：根据 MSEL 引脚的状态，它可以使用 UART 或 I2C 通信接口。如果该引脚被拉至低逻辑电平，则在 CDM7160 重置周期后将选择 I2C 接口。否则，将选择 UART 接口。由于通信引脚在接口之间共享（SCL/RX 和 SDA/TX），因此每次使用不同类型的通信时需要将它们切换到相应的 mikroBUS™ 引脚。因此，Click board™ 上有一个带有三个小 SMD 滑动开关的部分，标记为 COM SEL。将所有三个开关置于左侧位置将选择 I2C 接口，而右侧位置将选择 UART 接口。当选择 I2C 接口时，可用一个
额外的引脚来设置设备的 I2C 地址。该引脚决定 I2C 从地址的最低有效位，当它被拉至低逻辑电平时，该位变为 0。这允许将最多 2 个不同设备连接到同一 I2C 总线。该引脚连接到另一个标记为 ADD SEL 的 SMD 滑动开关。可以对该传感器执行两种类型的校准：零点校准和背景校准。零点校准在二氧化碳浓度为 0 ppm 的环境中进行，而背景校准在二氧化碳值为 400 ppm 的环境中进行。由于传感器受海平面和大气压力的影响，每当这些条件变化时应进行校准。这将提高二氧化碳浓度读数的准确性。CDM7160 传感器提供一个标记为 CAL 的引脚，用于轻松校准：如果将 CAL 引脚拉至低逻辑电平约 2 到 11 秒，将执行背景校准。如果拉至低逻辑电平超过 12 秒，将执行零点校准。该引脚在正常操作期间应保持高电平。内部上拉电阻确保该引脚在悬空时始终保持高电平。该引脚连接到 mikroBUS™ CS 引脚，标记为 CAL。CDM7160 传感器的 ALERT 引脚在主 MCU 上触发中断。如果二氧化碳浓度超过 1000ppm，将默认触发中断。如果浓度降至 900ppm 以下，将清除中断。可以通过向相应的 ALHI 和 ALLO 寄存器（上限和下限阈值寄存器）写入值来更改这些设置。CDM7160 传感器的 ALERT 引脚连接到 mikroBUS™ INT 引脚。传感器的 BUSY 引
脚提供了一种手段，使传感器无需轮询传感器寄存器即可验证设备是否准备好进行通信。通过为 BUSY 引脚设置中断，MCU 仅在传感器准备好接受新命令时才会自动触发。逻辑低电平向 MCU 发出信号，表明传感器不能接受新命令。传感器在内部处理数据时可能不可用约 0.3 秒。该引脚连接到 mikroBUS™ RST 引脚，在 Click board™ 上标记为 BSY。除了 UART 和 I2C 通信外，传感器还提供一个 1KHz PWM 信号，其占空比取决于二氧化碳浓度（0 到 5000 ppm 的二氧化碳）。Click board™ 配备了一个运算放大器，用于对 PWM 信号进行平均化，在其输出端提供模拟直流电压（0 到 5V），该电压与 PWM 信号的脉冲宽度直接成正比。通过将标记为 AN ENABLE 的 SMD 跳线切换到 EN 位置，可以在 mikroBUS™ 的 AN 引脚上获取该运算放大器输出的电压。默认情况下，跳线焊接在 DIS 位置。运算放大器输出的全尺度电压为 5V（5000 ppm 的二氧化碳等于 5V）。为了允许与 3.3V MCU 通信，使用了两个额外的 IC：一个是 PCA9306，用于转换 I2C 信号的电压电平，另一个是 TXB0106，用于转换剩余 IC 引脚的电压电平，包括 UART。这些 IC 被许多其他设计使用，并已被证明是可靠的解决方案。
功能概述
开发板
Clicker 2 for Kinetis 是一款紧凑型入门开发板，它将 Click 板™的灵活性带给您喜爱的微控制器，使其成为实现您想法的完美入门套件。它配备了一款板载 32 位 ARM Cortex-M4F 微控制器，NXP 半导体公司的 MK64FN1M0VDC12，两个 mikroBUS™ 插槽用于 Click 板™连接，一个 USB 连接器，LED 指示灯，按钮，一个 JTAG 程序员连接器以及两个 26 针头用于与外部电子设备的接口。其紧凑的设计和清晰、易识别的丝网标记让您能够迅速构建具有独特功能和特性
的小工具。Clicker 2 for Kinetis 开发套件的每个部分 都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。除了可以选择 Clicker 2 for Kinetis 的编程方式，使用 USB HID mikroBootloader 或外部 mikroProg 连接器进行 Kinetis 编程外，Clicker 2 板还包括一个干净且调节过的开发套件电源供应模块。它提供了两种供电方式；通过 USB Micro-B 电缆，其中板载电压调节器为板上每个组件提供适当的电压水平，或使用锂聚合物 电池通过板载电池连接器供电。所有 mikroBUS™ 本
身支持的通信方法都在这块板上，包括已经建立良好的 mikroBUS™ 插槽、重置按钮和几个用户可配置的按钮及 LED 指示灯。Clicker 2 for Kinetis 是 Mikroe 生态系统的一个组成部分，允许您在几分钟内创建新的应用程序。它由 Mikroe 软件工具原生支持，得益于大量不同的 Click 板™（超过一千块板），其数量每天都在增长，它涵盖了原型制作的许多方面。
微控制器概述
MCU卡片 / MCU
建筑
ARM Cortex-M4
MCU 内存 (KB)
1024
硅供应商
NXP
引脚数
121
RAM (字节)
262144
使用的MCU引脚
mikroBUS™映射器
“仔细看看！”
Click board™ 原理图
一步一步来
项目组装
从选择您的开发板和Click板™开始。以Clicker 2 for Kinetis作为您的开发板开始。
实时跟踪您的结果
应用程序输出
1. 应用程序输出 - 在调试模式下，“应用程序输出”窗口支持实时数据监控，直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境，以确保数据正确显示。
2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输，实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置，以确保正常运行。有关分步设置说明，请参考提供的教程。
3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据，使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置，请按照提供的教程，其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时，请使用以下函数：plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式，用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称，并将“variable_name”替换为要显示的参数。
软件支持
库描述
此库包含 NDIR CO2 Click 驱动程序的 API。
关键功能:
ndirco2_read_co2- 二氧化碳浓度读取功能ndirco2_check_average_complete- 平均完成检查功能ndirco2_set_mode- 模式设置功能
开源
代码示例
完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio。 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。
/*!
* \file
* \brief NDIRCO2 Click example
*
* # Description
* This application measures absolute CO2 concetration.
*
* The demo application is composed of two sections :
*
* ## Application Init
* Initializes I2C driver and performs driver reset and determines
* number of averaging measurements.
*
* ## Application Task
* Reads CO2 concentration data in ppm unit after each completed measurement.
* One measurement is finished after 300 ms, and period between two measurements is 2 seconds.
* Results of measurements logs on USBUART.
*
*
* \author MikroE Team
*
*/
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES
#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ndirco2.h"
// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES
static ndirco2_t ndirco2;
static log_t logger;
// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS
void application_init ( void )
{
log_cfg_t log_cfg;
ndirco2_cfg_t cfg;
/**
* Logger initialization.
* Default baud rate: 115200
* Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
* @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX
* are defined as HAL_PIN_NC, you will
* need to define them manually for log to work.
* See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
*/
LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
log_init( &logger, &log_cfg );
log_info( &logger, "---- Application Init ----" );
// Click initialization.
ndirco2_cfg_setup( &cfg );
NDIRCO2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
ndirco2_init( &ndirco2, &cfg );
Delay_ms ( 300 );
ndirco2_reset( &ndirco2 );
ndirco2_write_register( &ndirco2, NDIRCO2_AVERAGING_COUNT_REG, 0x03 );
ndirco2_set_mode( &ndirco2, NDIRCO2_CONTINUOUS_OP_MODE );
log_printf( &logger, "NDIR CO2 is initialized \r\n" );
Delay_ms ( 200 );
}
void application_task ( )
{
uint16_t co2_data;
ndirco2_read_co2( &ndirco2, NDIRCO2_CHECK_EACH_MEASURE, &co2_data );
log_printf( &logger, "CO2 concentration is: %d ppm \r\n", co2_data );
Delay_ms ( 1000 );
}
int main ( void )
{
/* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
#ifdef PREINIT_SUPPORTED
preinit();
#endif
application_init( );
for ( ; ; )
{
application_task( );
}
return 0;
}
// ------------------------------------------------------------------------ END
