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30 分钟

使用MQ-137和STM32F446RE简化NH3监测

纯净守护者:创新的氨气传感解决方案

Ammonia Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Ammonia Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

我们的氨气传感解决方案提供准确及时的信息,使各行业和社区能够管理氨气水平并维持安全、可呼吸的空气。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Ammonia Click 基于 Winsen 的 MQ-137 气体传感器,它使用 SnO2(氧化锡)合金,在暴露于 NH3 气体时其电阻会降低。NH3 浓度越高,这种材料的导电性就越强。这可以用于获取 NH3 浓度读数。传感器包含一个小型加热元件,连接到 5V 电源。加热元件可以通过连接到 mikroBUS™ 插座上的 PWM 引脚的 MOSFET 电源开关来控制,以降低功耗。需要预热至少 24 小时才能达到指定性能。一个不锈钢网保护传感器免受颗粒物和机械损伤,但暴露于过多的湿气和腐蚀性气体会损坏内部结构。测量电路包括 MQ-137 传感器、电源和输出引脚与接地之间的负载电阻 (RL)。传感器与负载电阻形成电压分压器。RL 被设计为可变电

阻器,允许将输出电压调整到所需值。校准应在受控条件下进行,因为环境温度和湿度会影响传感器的电阻。传感器可以在不精确校准的情况下测量相对 NH3 浓度变化,这对于构建可用作警告系统的应用很有用。传感器 RL 电压分压器的中间抽头连接到标记为 ADC SEL 的 SMD 跳线。此跳线可以将测量电压重定向到 ADC 进行采样或 AN 引脚,以便在外部电路(外部 ADC 或其他形式的测量信号调理)中使用。当由 ADC SEL 跳线选择时,Microchip 的 22 位 sigma-delta ADC MCP3551 用于采样传感器输出。此 ADC 将输入电压转换为 22 位高分辨率和低噪声的数字数据,可以通过 Click board™ 的 SPI 接口获得。此 ADC 使用

与电源电压相同的参考电压,在本例中,由 mikroBUS™ 电源轨提供 5V 电源。如前所述,ADC 使用 5V 电源。因此,该板需要一个电平转换电路与 3.3V MCU 接口。此 Click board™ 使用德州仪器的 6 位双向电平转换 IC TXB0106,用于将通信逻辑电压水平从 5V 转换为 3.3V。此 Click board™ 可以在 3.3V 或 5V 逻辑电压水平下工作,通过 VCC SEL 跳线选择。这样,3.3V 和 5V 的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,此 Click board™ 配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可以用作进一步开发的参考。

Ammonia Click top side image
Ammonia Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE 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 STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

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

Analog Output
PC0
AN
NC
NC
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Sensor Heater Enable
PC8
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

原理图

Ammonia 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 STM32F446RE 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 Ammonia Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ammonia_heater - 传感器加热功能

  • ammonia_data_read - 读取数据功能

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * \file
 * \brief Ammonia Click example
 *
 * # Description
 * This example shows the value of ammonia measurement aquired from Ammonia Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Calls functions for driver initializaton used for data conversion and results reading.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the level of ammonia in the air every with repetition of 1 second.
 * This driver is able to get the level of ammonia gas in the range from 5 to 200 ppm.
 * #note#
 * Be sure that you correctly set the AD convertor which you want to use.
 *
 * \author Nemanja Medakovic
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ammonia.h"

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

static ammonia_t ammonia;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_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... ----" );

    ammonia_cfg_t ammonia_cfg;

    //  Click initialization.

    ammonia_cfg_setup( &ammonia_cfg );
    AMMONIA_MAP_MIKROBUS( ammonia_cfg, MIKROBUS_1 );

    if ( ammonia_init( &ammonia, &ammonia_cfg ) == AMMONIA_INIT_ERROR )
    {
        log_info( &logger, "---- Application Init Error. ----" );
        log_info( &logger, "---- Please, run program again... ----" );

        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, "---- Application Init Done. ----\n" );
}

void application_task ( void )
{
    uint16_t nh3_ppm;

    if ( ammonia_read_measurement( &ammonia, &nh3_ppm ) == AMMONIA_OK )
    {
        log_printf( &logger, "  NH3 [ppm] : %u\r\n", nh3_ppm );
        Delay_ms( 1000 );
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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