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通过SCD41、SPS30和PIC18F57Q43实现精确的环境HVAC传感

通过紧凑的HVAC创新重新定义舒适性

HVAC Click with Curiosity Nano with PIC18F57Q43

已发布 6月 25, 2024

点击板

HVAC Click

开发板

Curiosity Nano with PIC18F57Q43

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F57Q43

利用微型CO2和PM传感器的实时数据,根据不断变化的占用率和污染物水平动态调整通风速率,确保室内空气质量最佳。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

HVAC Click 基于SCD41,这是Sensirion的下一代微型CO2传感器。该二氧化碳传感器基于光声传感原理,并采用Sensirion的专利PASens®和CMOSens®技术,在小巧的外形下提供高精度测量。它在400至5000 ppm的指定范围内运行,可以通过I2C接口配置,并支持低功耗单次模式以减少噪音水平,即按需测量。SCD41具有片上信号补偿功能,可以抵消压力和温度的影响。将压力或海拔高度输入SCD41可以在广泛的压力范围内确保CO2输出信号的最高精度。设置温度偏移可以提高相对湿

度和温度输出信号的准确性。需要注意的是,温度偏移不会影响CO2输出的准确性。HVAC Click通过标准I2C两线接口与MCU通信,以读取数据和配置设置,支持时钟频率最高达100kHz的标准模式操作。此外,该Click板™适用于使用额外的SPS30(Sensirion的颗粒物(PM)传感器)的室内空气质量应用,借助SPS30,HVAC Click可以以最节能和人性化的方式保持低CO2浓度,提供健康和高效的环境。SPS30的测量原理基于激光散射,加上高质量,从首次操作到其超过十年的使

用寿命期间,能够进行精确测量。此外,SPS30允许使用I2C和UART接口,通过将标记为COMM SEL的SMD跳线设置到适当位置,可以选择通信接口。需要注意的是,所有跳线的位置必须在同一侧,否则Click板™可能无响应。此外,要激活I2C通信,必须安装JP4跳线。该Click板™可以通过VCC SEL跳线选择以3.3V或5V逻辑电压等级工作。这样,3.3V和5V的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™配备了包含易于使用的功能库和示例代码,可作为进一步开发的参考。

HVAC Click hardware overview image

功能概述

开发板

PIC18F57Q43 Curiosity Nano 评估套件是一款尖端的硬件平台,旨在评估 PIC18-Q43 系列内的微控制器。其设计的核心是包含了功能强大的 PIC18F57Q43 微控制器(MCU),提供先进的功能和稳健的性能。这个评估套件的关键特点包括一个黄 色用户 LED 和一个响应灵敏的机械用户开关,提供无

缝的交互和测试。为一个 32.768kHz 水晶振荡器足迹提供支持,确保精准的定时能力。套件内置的调试器拥有一个绿色电源和状态 LED,使编程和调试变得直观高效。此外,增强其实用性的还有虚拟串行端口 (CDC)和一个调试 GPIO 通道(DGI GPIO),提供广泛的连接选项。该套件通过 USB 供电,拥有由

 MIC5353 LDO 调节器提供支持的可调目标电压功能,确保在 1.8V 至 5.1V 的输出电压范围内稳定运行,最大输出电流为 500mA,受环境温度和电压限制。

PIC18F57Q43 Curiosity Nano double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

Microchip

引脚数

48

RAM (字节)

8196

你完善了我!

配件

Curiosity Nano Base for Click boards 是一款多功能硬件扩展平台,专为简化 Curiosity Nano 套件与扩展板之间的集成而设计,特别针对符合 mikroBUS™ 标准的 Click 板和 Xplained Pro 扩展板。这款创新的基板(屏蔽板)提供了无缝的连接和扩展可能性,简化了实验和开发过程。主要特点包括从 Curiosity Nano 套件提供 USB 电源兼容性,以及为增强灵活性而提供的另一种外部电源输入选项。板载锂离子/锂聚合物充电器和管理电路确保电池供电应用的平稳运行,简化了使用和管理。此外,基板内置了一个固定的 3.3V 电源供应单元,专用于目标和 mikroBUS™ 电源轨,以及一个固定的 5.0V 升压转换器,专供 mikroBUS™ 插座的 5V 电源轨,为各种连接设备提供稳定的电力供应。

Curiosity Nano Base for Click boards accessories 1 image

SPS30 PM2.5 颗粒物传感器基于激光散射技术,并采用Sensirion的创新抗污染技术。由于PM2.5颗粒的微小尺寸,它们可以深入到人体肺部,导致各种健康问题,例如诱发哮喘发作或导致心血管疾病。SPS30从首次操作到其超过十年的使用寿命期间,能够进行精确测量。这是一种在整个使用寿命内工作的传感解决方案,确保最终用户的良好空气质量,同时提高能源效率和可持续运行。

HVAC Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
UART TX
PC3
TX
UART RX
PC2
RX
I2C Clock
PB2
SCL
I2C Data
PB1
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

HVAC Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity Nano with PIC18F57Q43作为您的开发板开始。

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
PIC18F47Q10 Curiosity Nano front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Curiosity Nano with PICXXX Access MB 1 - upright/background 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
PIC18F57Q43 Curiosity 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 HVAC Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • hvac_sps30_start_measurement - SPS30 开始测量命令功能

  • hvac_sps30_get_ready_flag - SPS30 获取准备标志功能

  • hvac_sps30_read_measured_data - SPS30 读取测量数据功能

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 main.c
 * @brief Hvac Click example
 *
 * # Description
 * This is an example that demonstrates the use of the HVAC Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization driver enables - I2C, 
 * SCD40: perform factory reset, serial number, features, product type platform type, 
 * product version and
 * SPS30: perform start measurement mode, also write log.
 *
 * ## Application Task
 * This is an example which demonstrates the use of HVAC Click board.
 * HVAC Click board can be used to measure : 
 * Concentration of CO2 in air,
 * Temperature ( degree Celsius ),
 * Relative Humidity ( % ),
 * Mass Concentration of PM1.0, PM2.5, PM4.0, PM10 and
 * Number Concentration of PM0.5, PM1.0, PM2.5, PM4.0 and PM10.
 * All data logs write on USB uart changes.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "hvac.h"

static hvac_t hvac;
static log_t logger;
measuremen_data_t hvac_data;
feature_data_t version_data;
mass_and_num_cnt_data_t sps30_data;
uint16_t ser_num[ 3 ];

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    hvac_cfg_t hvac_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.
    hvac_cfg_setup( &hvac_cfg );
    HVAC_MAP_MIKROBUS( hvac_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == hvac_init( &hvac, &hvac_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms ( 1000 );
    hvac_scd40_send_cmd( &hvac, HVAC_PERFORM_FACTORY_RESET );
    log_printf( &logger, "  Perform Factory Reset   \r\n" );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );

    hvac_scd40_get_serial_number ( &hvac, ser_num );
    log_printf( &logger, "   SCD40 - Serial Number : %.4d-%.4d-%.4d \r\n", 
                ( uint16_t ) ser_num[ 0 ], ( uint16_t ) ser_num[ 1 ], ( uint16_t ) ser_num[ 2 ] );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
    hvac_scd40_get_feature_set_version( &hvac, &version_data );
    log_printf( &logger, "     SCD40 - Features     \r\n" );
    log_printf( &logger, " Product Type    : %d \r\n", ( uint16_t ) version_data.product_type );
    log_printf( &logger, " Platform Type   : %d \r\n", ( uint16_t ) version_data.platform_type );
    log_printf( &logger, " Product Version : %d.%d \r\n", 
                ( uint16_t ) version_data.product_major_version, 
                ( uint16_t ) version_data.product_minor_version );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
    
    hvac_sps30_start_measurement ( &hvac );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void ) 
{
    hvac_scd40_send_cmd( &hvac, HVAC_MEASURE_SINGLE_SHOT );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    hvac_scd40_read_measurement( &hvac, &hvac_data );
    Delay_ms ( 100 );

    log_printf( &logger, " CO2 Concent = %d \r\n ", hvac_data.co2_concent );

    log_printf( &logger, " Temperature = %.2f C \r\n", hvac_data.temperature );

    log_printf( &logger, " R. Humidity = %.2f %% \r\n", hvac_data.r_humidity );
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - -  \r\n" );
        
    while ( HVAC_SPS30_NEW_DATA_IS_READY != hvac_sps30_get_ready_flag( &hvac ) );
    
    
    log_printf( &logger, "   Mass Concentration :   \r\n" );
    hvac_sps30_read_measured_data( &hvac, &sps30_data );
    Delay_ms ( 100 );

    log_printf( &logger, " PM 1.0 = %.2f ug/m3 \r\n", sps30_data.mass_pm_1_0 );
    log_printf( &logger, " PM 2.5 = %.2f ug/m3 \r\n", sps30_data.mass_pm_2_5 );
    log_printf( &logger, " PM 4.0 = %.2f ug/m3 \r\n", sps30_data.mass_pm_4_0 );
    log_printf( &logger, " PM 10  = %.2f ug/m3 \r\n", sps30_data.mass_pm_10 );
    log_printf( &logger, "-   -   -   -   -   -   - \r\n" );

    log_printf( &logger, "  Number Concentration :  \r\n" );
    log_printf( &logger, " PM 0.5 = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_0_5 );
    log_printf( &logger, " PM 1.0 = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_1_0 );
    log_printf( &logger, " PM 2.5 = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_2_5 );
    log_printf( &logger, " PM 4.0 = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_4_0 );
    log_printf( &logger, " PM 10  = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_10 );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    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

额外支持

资源

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