初学者
10 分钟

使用ENS161和PIC32MZ2048EFM100监测室内空气状况

数字金属氧化物多气体传感解决方案

Air Quality 11 Click with Curiosity PIC32 MZ EF

已发布 6月 24, 2024

点击板

Air Quality 11 Click

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFM100

通过检测各种挥发性有机化合物(VOCs),监测和分析您在室内呼吸的空气。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Air Quality 11 Click基于ScioSense的ENS161,这是一款基于金属氧化物(MOX)技术的多气体传感器。它具有四个传感器元件,支持等温模式和低功率模式。这款先进的传感器具有独特的能力,可以独立控制热板,以检测广泛的挥发性有机化合物(VOCs),如乙醇、甲苯、氢和氧化气体,并具有增强的灵敏度。ENS161配备了智能的片上算法,处理原始传感器数据,计算各种空气质量指标,如TVOC和CO2等效值,以及进行湿度和温度补偿。ENS161的一个关键功能是其TrueVOC®空气质量检测,符合全球室内空气质量(IAQ)标准。它可以测量等效CO2(eCO2)从0到65,000 ppb,满足暖通空调要求,以及等效总挥发性有

机化合物(eTVOC)从400到65,000 ppm CO2等效。此外,它支持德国联邦环境署(UBA)的空气质量指数(AQI-U)从1到5以及相对空气质量指数(AQI-S)从0到500。此解决方案适用于物联网设备、可穿戴设备、对能源敏感的建筑自动化、暖通空调系统、家用电器等。此Click board™支持灵活的通信选项,支持I2C和SPI接口。这些接口支持高达1MHz的I2C通信速度和高达10MHz的SPI通信速度。用户可以通过调整COMM SEL部分的SMD跳线来选择他们喜欢的通信协议。为了避免潜在的问题,跳线必须对齐在同一侧。另外一个标记为ADDR SEL的SMD跳线使得可以调整I2C从设备地址。ENS161传感器使用mikroBUS™插座的3.3V电源作为其逻

辑电平侧的电源,并使用1.8V作为主电源,通过AP2112 CMOS LDO稳压器从3.3V mikroBUS™电源轨转换而来。通过来自mikroBUS™插座的EN引脚来启用此LDO,该引脚还可以作为整个设备的全局使能。除了SPI和I2C的通信引脚外,ENS161还使用一个中断(INT)引脚,用于在新的输出数据可用时向主机MCU发出警报。此Click board™只能使用3.3V逻辑电压电平。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Air Quality 11 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF 开发板是一个完全集成的 32 位开发平台,特点是高性能的 PIC32MZ EF 系列(PIC32MZ2048EFM),该系列具有 2MB Flash、512KB RAM、集成的浮点单元(FPU)、加密加速器和出色的连接选项。它包括一个集成的程序员和调试器,无需额外硬件。用户可以通过 MIKROE 

mikroBUS™ Click™ 适配器板扩展功能,通过 Microchip PHY 女儿板添加以太网连接功能,使用 Microchip 扩展板添加 WiFi 连接能力,并通过 Microchip 音频女儿板添加音频输入和输出功能。这些板完全集成到 PIC32 强大的软件框架 MPLAB Harmony 中,该框架提供了一个灵活且模块化的接口

来应用开发、一套丰富的互操作软件堆栈(TCP-IP、USB)和易于使用的功能。Curiosity PIC32 MZ EF 开发板提供了扩展能力,使其成为连接性、物联网和通用应用中快速原型设计的绝佳选择。

Curiosity PIC32MZ EF double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

2048

硅供应商

Microchip

引脚数

100

RAM (字节)

524288

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
ID SEL
RA9
RST
SPI Select / ID COMM
RPD4
CS
SPI Clock
RPD1
SCK
SPI Data OUT
RPD14
MISO
SPI Data IN
RPD3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Device Enable
RPE8
PWM
Interrupt
RF13
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RPA14
SCL
I2C Data
RPA15
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Air Quality 11 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity PIC32 MZ EF作为您的开发板开始。

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Board mapper by product7 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Curiosity PIC32 MZ EF MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

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

该库包含 Air Quality 11 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • airquality11_get_aqi_uba - 此函数读取根据UBA计算的空气质量指数。

  • airquality11_get_tvoc - 此函数读取以ppb为单位计算的等效TVOC浓度。

  • airquality11_get_aqi_s - 此函数读取由ScioSense专有的相对空气质量指数计算得到的值。

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 main.c
 * @brief Air Quality 11 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Air Quality 11 Click board 
 * by reading and displaying the calculated Air Quality Index according to the UBA and ScioSense, 
 * and equivalent TVOC and CO2 concentration.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of I2C and SPI module and log UART.
 * After driver initialization, the app sets the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * The demo application displays the Air Quality Index of the UBA information,
 * concentration of the TVOC and CO2 and Air Quality Index according to ScioSense.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void airquality11_display_aqi_uba ( void )
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "airquality11.h"

static airquality11_t airquality11;
static log_t logger;

/**
 * @brief Air Quality 11 display AQI-UBA function.
 * @details This function parses the Air Quality Index per UBA (AQI-UBA) value 
 * and displays it on the USB UART.
 * @param[in] aqi_uba : AQI-UBA value.
 * @return None.
 * @note None.
 */
void airquality11_display_aqi_uba ( uint8_t aqi_uba );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    airquality11_cfg_t airquality11_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * 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.
    airquality11_cfg_setup( &airquality11_cfg );
    AIRQUALITY11_MAP_MIKROBUS( airquality11_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = airquality11_init( &airquality11, &airquality11_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( AIRQUALITY11_ERROR == airquality11_default_cfg ( &airquality11 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n " );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void )
{
    uint8_t aqi_uba = 0;
    uint16_t aq_data = 0;

    if ( AIRQUALITY11_OK == airquality11_get_aqi_uba( &airquality11, &aqi_uba ) )
    {
        airquality11_display_aqi_uba( aqi_uba );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( AIRQUALITY11_OK == airquality11_get_tvoc( &airquality11, &aq_data ) )
    {
        log_printf( &logger, " TVOC: %u [ppb]\r\n", aq_data );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( AIRQUALITY11_OK == airquality11_get_co2( &airquality11, &aq_data ) )
    {
        log_printf( &logger, " ECO2: %u [ppm]\r\n", aq_data );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( AIRQUALITY11_OK == airquality11_get_aqi_s( &airquality11, &aq_data ) )
    {
        log_printf( &logger, " AQIS: %u [idx]\r\n", aq_data );
        Delay_ms ( 100 );
    }
    
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n " );
    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;
}

void airquality11_display_aqi_uba ( uint8_t aqi_uba )
{
    switch ( aqi_uba )
    {
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_EXELLENT:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Exellent\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: No objections\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Target\r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: No limit\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_GOOD:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Good\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: No relevant objections\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Sufficient ventilation\r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: No limit\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_MODERATE:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Moderate\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: Some objections\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Increased ventilation - Search for sources\r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: < 12 months\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_POOR:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Poor\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: Major objections\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Intensified ventilation - Search for sources\r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: < 1 month\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_UNHEALTHY:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Unhealthy\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: Situation not acceptable\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Use only if unavoidable - Intensified ventilation recommended \r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: hours\r\n" );
            break;
        }
        default:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Unknown\r\n" );
            break;
        }
    }
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - -\r\n " );
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

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