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30 分钟

使用 ENS160 和 ATmega328P 检测空气中的污染物

不要让空气污染影响你的心情!

Air quality 9 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

Air quality 9 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

最佳空气质量传感解决方案。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Air Quality 9 Click基于ENS160,这是一款室内空气质量传感器,采用了来自ScioSense的四个MOx传感器元件的金属氧化物(MOX)技术。该传感器具有复杂的融合算法,可产生更好地调整为人类占用者自然响应的测量输出。基于ENS160的多元素TrueVOC™技术对氧化性气体(如臭氧)以及一系列挥发性有机化合物(VOC),如乙醇、甲苯以及氢和二氧化氮,具有卓越的选择性和准确性,影响室内空气质量。ENS160符合全球室内空气质量(IAQ)信号标准,并设计用于高容量和可靠性。为了获得最佳性能,传感器必须在正常室内空气中工作,在-5到60°C(典型值:25°C)的温度范围内,相对湿度在20到80%RH(典

型值:50%RH),无冷凝物,无侵蚀性或有毒气体存在。在这些条件之外的环境中长时间暴露可能会影响传感器的性能和寿命。这个Click板™允许使用I2C和SPI接口,I2C通信的最大频率为1MHz,SPI通信的最大频率为10MHz。可以通过适当位置的标记为COMM SEL的SMD跳线进行选择。注意,所有跳线的位置必须在同一侧,否则Click板™可能会变得无响应。当选择I2C接口时,ENS160允许使用标记为ADDR SEL的SMD跳线选择其I2C从设备地址的最低有效位(LSB)。这个Click板™还具有一个额外的中断信号,路由到标记为INT的mikroBUS™插座的INT引脚上,指示测量过程本身的状态。ENS160还需要1.8V的供电电压

才能正常工作。因此,来自Diodes Incorporated的小型LDO稳压器AP2112提供了来自mikroBUS™ 3V3电源轨的1.8V。可以通过路由到mikroBUS™插座的PWM引脚的EN引脚启用或禁用该LDO,因此,提供了一个开关操作来打开/关闭对ENS160的电源传递。这个Click板™只能以3.3V逻辑电压电平运行。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板子必须执行适当的逻辑电压电平转换。但是,Click板™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 9 Click top side image
Air quality 9 Click bottom side image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
SPI Chip Select
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Air quality 9 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Barometer 13 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Arduino UNO Rev3 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
Arduino UNO 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 9 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • airquality9_read_aqi_uba - 该函数读取每个UBA的空气质量指数(AQI-UBA)。

  • airquality9_read_tvoc - 该函数读取每ppb的计算总挥发性有机化合物(TVOC)浓度。

  • airquality9_read_eco2 - 该函数读取每ppm的计算等效二氧化碳(eCO2)浓度。

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 AirQuality9 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Air Quality 9 click board by reading and displaying
 * outputs such as eCO2, TVOC and AQI in compliance with worldwide IAQ standards.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and logger and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Waits for the new data interrupt which triggers once per second, 
 * and then reads the validity status, TVOC, eCO2, and AQI-UBA values. 
 * All values are being displayed on the USB UART where you can track their changes.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "airquality9.h"

static airquality9_t airquality9;
static log_t logger;

/**
 * @brief Air Quality 9 display status validity function.
 * @details This function parses the status validity from status byte and displays it on the USB UART.
 * @param[in] status : Data status byte.
 * @return None.
 * @note None.
 */
void airquality9_display_status_validity ( uint8_t status );

/**
 * @brief Air Quality 9 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 airquality9_display_aqi_uba ( uint8_t aqi_uba );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    airquality9_cfg_t airquality9_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.
    airquality9_cfg_setup( &airquality9_cfg );
    AIRQUALITY9_MAP_MIKROBUS( airquality9_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = airquality9_init( &airquality9, &airquality9_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( AIRQUALITY9_ERROR == airquality9_default_cfg ( &airquality9 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    if ( airquality9_get_int_pin ( &airquality9 ) )
    {
        uint8_t status, aqi_uba;
        uint16_t tvoc, eco2;
        if ( AIRQUALITY9_OK == airquality9_read_status ( &airquality9, &status ) )
        {
            airquality9_display_status_validity ( status );
        }
        if ( AIRQUALITY9_OK == airquality9_read_tvoc ( &airquality9, &tvoc ) )
        {
            log_printf ( &logger, " TVOC: %u ppb\r\n", tvoc );
        }
        if ( AIRQUALITY9_OK == airquality9_read_eco2 ( &airquality9, &eco2 ) )
        {
            log_printf ( &logger, " ECO2: %u ppm\r\n", eco2 );
        }
        if ( AIRQUALITY9_OK == airquality9_read_aqi_uba ( &airquality9, &aqi_uba ) )
        {
            airquality9_display_aqi_uba ( aqi_uba );
        }
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

void airquality9_display_status_validity ( uint8_t status )
{
    switch ( status & AIRQUALITY_STATUS_VALID_FLAG_BITS )
    {
        case AIRQUALITY_STATUS_VALID_NORMAL_OP:
        {
            log_printf ( &logger, " Status: Normal operation\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY_STATUS_VALID_WARM_UP:
        {
            log_printf ( &logger, " Status: Warm-Up phase\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY_STATUS_VALID_INIT_START_UP:
        {
            log_printf ( &logger, " Status: Initial Start-Up phase\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY_STATUS_VALID_INVALID:
        {
            log_printf ( &logger, " Status: Invalid output\r\n" );
            break;
        }
    }
}

void airquality9_display_aqi_uba ( uint8_t aqi_uba )
{
    switch ( aqi_uba )
    {
        case AIRQUALITY9_AQI_UBA_EXELLENT:
        {
            log_printf ( &logger, " AQI-UBA Rating: Exellent\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Recommendation: Target\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Exposure Limit: No limit\r\n\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY9_AQI_UBA_GOOD:
        {
            log_printf ( &logger, " AQI-UBA Rating: Good\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Recommendation: Sufficient ventilation\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Exposure Limit: No limit\r\n\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY9_AQI_UBA_MODERATE:
        {
            log_printf ( &logger, " AQI-UBA Rating: Moderate\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Recommendation: Increased ventilation - Search for sources\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Exposure Limit: <12 months\r\n\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY9_AQI_UBA_POOR:
        {
            log_printf ( &logger, " AQI-UBA Rating: Poor\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Recommendation: Intensified ventilation - Search for sources\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Exposure Limit: <1 month\r\n\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY9_AQI_UBA_UNHEALTHY:
        {
            log_printf ( &logger, " AQI-UBA Rating: Unhealthy\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Recommendation: Use only if unavoidable - Intensified ventilation\r\n" );
            log_printf ( &logger, " Exposure Limit: No limit\r\n\n" );
            break;
        }
        default:
        {
            log_printf ( &logger, " AQI-UBA Rating: Unknown\r\n\n" );
            break;
        }
    }
}

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

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