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使用 ENS160 和 STM32G071RB 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 Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Air quality 9 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G071RB

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

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
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
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 9 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 front 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 front image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
EEPROM 13 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU 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

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

额外支持

资源

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