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使用SGP30和STM32G071RB确保您呼吸的空气质量达到最高标准

看见看不见的,呼吸纯净空气

Air quality 4 Click with Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Air quality 4 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G071RB

从家庭到工作场所,我们的空气质量监测解决方案可以无缝集成到任何环境中,为更安全、更清洁的生活方式提供实时见解。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Air Quality 4 Click基于Sensirion的SGP30,这是用于室内应用的多像素气体传感器。该传感器是芯片上几个金属氧化物传感元件(像素)的系统,用于测量和处理空气中各种气体的读数,并以两种互补的空气质量读数形式输出它们 - 总挥发性有机化合物(TVOC)[ppb]和CO2等效信号[ppm]。传统的金属氧化物(MOX)传感器在硅氧烷暴露后会出现敏感性和响应性下降的问题。硅氧烷是空气中常见的化合物,对MOX传感器产生负面影响。为了克服这个问题,SGP30传感器使用先进的MOXSens®技术,对硅氧烷污染提供无与伦比的耐用性。这导致了前所未有的长期稳定性和准确性。SGP30使用动态基线补偿算法和校准参数来准确记录TVOC和CO2eq的特性。这些

补偿算法的基线值可以外部存储,并通过适当的I2C命令读回设备,并在断电或重新启动时使用。在I2C初始化命令后的前15秒内,传感器处于收集传感器测量和基线补偿数据的初始化阶段。当尝试测量命令时,它将返回400 ppm CO2eq和0 ppb TVOC的固定值。该设备还允许在补偿值和原始值上对空气湿度进行校正。然而,应该使用绝对湿度传感器来获得湿度读数。来自SHT Click或类似的湿度测量设备的读数可以用于此目的。适当的I2C命令将值存储在芯片内存中,并相应地执行校正。Air Quality 4 Click上的其他组件用于为SGP30传感器IC提供必要的电压级别。该传感器具有公共电压级别为1.8V,因此为了与3.3V和5V兼容的MCU进行正确通信,必须使用小型LDO电

压调节器,以及提供所需逻辑电压级别的电平转换器。小型500mA LDO电压调节器SPX3819M5为SGP30提供1.8V的电源。PCA9306双向I2C总线和SMBus电平转换器用于电平转换。该电平转换器IC允许将I2C信号电平转换为由VCC SEL板载SMD跳线选择的电压级别。这允许3.3V和5V兼容的MCU与Air Quality 4 Click进行接口连接。有关所有可用I2C命令的更详细信息,请参阅SGP30数据表。然而,所有执行空气质量读数和计算H2和乙醇浓度水平的函数和命令都包含在提供的Air Quality 4 Click库中。其中包括一个示例应用程序,可用作自定义应用程序设计的参考。

Air quality 4 Click top side image
Air quality 4 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G071RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

36864

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 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器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 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
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Air quality 4 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G071RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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

这个库包含Air Quality 4 Click驱动程序的API。

关键函数:

  • air_quality4_soft_reset - 调用通用复位功能,重置芯片上的所有状态。

  • air_quality4_get_co2_and_tvoc - 写入 2 字节 CO2 数据和 2 字节 TVOC 数据,不包含 CRC 数据。

  • air_quality4_get_h2_and_ehtoh - 写入 2 字节 H2 数据和 2 字节 EthOH 数据,不包含 CRC 数据。

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 AirQuality4 Click example
 * 
 * # Description
 * This application measures the amount of substances in air and air quality and logs the results.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * nitializes click driver and gets ID data.
 * 
 * ## Application Task  
 * Performs measurements of air concentracion for H2, EthOH, CO2 and TVOC data.
 * Results of measurement shows on USBUART.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "airquality4.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static airquality4_t airquality4;
static log_t logger;
static uint8_t buffer_data[ 6 ];
static uint16_t data_buffer[ 2 ];

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    airquality4_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.

    airquality4_cfg_setup( &cfg );
    AIRQUALITY4_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    airquality4_init( &airquality4, &cfg );
    airquality4_default_cfg( &airquality4 );
}

void application_task ( void )
{
    air_quality4_get_h2_and_ethon( &airquality4, data_buffer);

    log_printf( &logger, "H2 value is: %u\n", data_buffer[ 0 ] );
    log_printf( &logger, "EthOH value is:  %u\n", data_buffer[ 1 ] );

    air_quality4_set_baseline( &airquality4 );
    air_quality4_get_co2_and_tvoc( &airquality4, &data_buffer[ 0 ] );
    
    log_printf( &logger, "CO2 value is: %u\n", data_buffer[ 0 ] );
    log_printf( &logger, "TVOC value is: %u\n\n", data_buffer[ 1 ] );

    Delay_ms( 1000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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


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

额外支持

资源

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