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使用3SP CO 1000和STM32G071RB掌控您的环境

通过智能气体检测保障生命安全!

CO 2 Click with Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

CO 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G071RB

我们的 CO 气体检测解决方案是一位可靠的哨兵,提供即时警报和实时数据,以保护个人和空间免受一氧化碳的危害。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

CO 2 Click 基于 SPEC Sensors 的 3SP CO 1000,这是一种一氧化碳(CO)气体传感器,能够检测高达 1000ppm 的 CO 浓度。该传感器的响应时间非常短;然而,暴露于特定气体的时间越长,它提供的数据就越准确,尤其是在进行校准时。该传感器对小尘粒、冷凝水和其他杂质非常敏感,这些杂质可能会阻止气体到达传感器。在关键应用中使用时,建议保护传感器。在理想条件下,该传感器的使用寿命是无限的,但在实际应用中,预期使用寿命超过五年(在 23 ± 3 ˚C 温度和 40 ± 10% RH 湿度下可达 10 年)。虽然非常可靠和准确,但该传感器也非常适合构建相对气体传感应用。例如,它可以检测到 CO 气体的增加,这种气体由于无味、无嗅和无色而很难检测。然而,在开发用于绝对气体浓度的应用时,必须对传感器进行校准,并对测量数据进行补偿。湿度和温度等因素会影响测量,传感器对特定测量气体(一氧化碳)的反应曲线不是完全线性的,其他气体可能会影响测量(对其他气体的交叉敏感性)。因此,必须在工作环境条件下

进行一系列校准,以计算绝对气体浓度。CO 2 Click 使用了 Texas Instruments 的 LMP91000,这是一款用于低功耗化学传感应用的可配置 AFE 电位测量 IC。它提供完整的传感器解决方案,生成与传感器电流成比例的输出电压。具有可编程增益的跨阻放大器(TIA)将通过传感器的电流转换为电压,覆盖范围从 5μA 到 750μA,具体取决于所使用的传感器。参考电极(RE)和工作电极(WE)之间的电压是恒定的,偏置由可变偏置电路设置。传感器在施加固定偏置电压时表现最佳。传感器制造商建议在此 Click board™ 上的传感器使用 200mV 的固定偏置电压。偏置电压和 TIA 增益可以通过 I2C 寄存器设置。此外,AFE IC 中嵌入了一个热传感器,如果需要,可以用于结果补偿。热传感器通过 VOUT 引脚以相对于 GND 的模拟电压值提供。Click board™ 上还有两个附加 IC。第一个是 Microchip 的 12 位逐次逼近寄存器 A/D 转换器 MCP3221。第二个 IC 是 Texas Instruments 制造的单电源轨到轨运算放大器 OPA344。可以使用标记为 AN SEL

 的板载开关选择将 LMP91000 AFE 的 VOUT 引脚路由到哪个 IC。如果开关在 ADC 位置,VOUT 引脚将被路由到 MCP3221 ADC 的输入。这允许通过 I2C 接口读取 VOUT 引脚上的电压值作为数字信息。当开关在 AN 位置时,它会将 LMP91000 AFE IC 的 VOUT 引脚路由到 OPA344 的输入。OPA344 运算放大器的输出具有稳定的单位增益,充当缓冲器,使得 AFE 的 VOUT 引脚上的电压可以通过 mikroBUS™ 的 AN 引脚由主 MCU 采样。mikroBUS™ 上的 RST 引脚连接到 LMP91000 的 MEMB 引脚,用于启用 I2C 接口部分,从而可以在同一个 I2C 总线上使用多个芯片。当驱动到低逻辑电平时,启用 I2C 通信,主设备(主 MCU)可以发出 START 条件。在通信期间,RST 引脚应保持在低电平。此 Click board™ 可通过 VCC SEL 跳线选择在 3.3V 或 5V 逻辑电压水平下工作。这样,3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,此 Click board™ 配备了一个库,包含易于使用的函数和示例代码,可用作进一步开发的参考。

CO 2 Click top side image
CO 2 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

Analog Output
PC0
AN
Reset
PC12
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

CO 2 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

此库包含 CO 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • co2_read_adc - 读取 12 位 AD 转换器的转换数据(CO)的功能

  • co2_enable - 将设备置于启用或禁用状态的功能

  • co2_get_co2_ppm - 读取 CO 转换数据并将其计算为 ppm 的功能

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 
 * \brief CO2 Click example
 * 
 * # Description
 * This application enables usage of very accurate CO sensor.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes I2C interface and performs the device configuration for properly working.
 * 
 * ## Application Task  
 * Gets CO (Carbon Monoxide) data as ppm value every 300 miliseconds.
 * Results will be logged on UART. The CO value range is from 0 to 1000 ppm.
 * 
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "co2.h"

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

static co2_t co2;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    co2_cfg_t cfg;
    uint8_t temp_w;
    
    /** 
     * 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.

    co2_cfg_setup( &cfg );
    CO2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    co2_init( &co2, &cfg );

    Delay_ms ( 500 );

    temp_w = CO2_WRITE_MODE;
    co2_generic_write( &co2, CO2_LOCK_REG, &temp_w, 1 );
    temp_w = CO2_STANDBY_MODE;
    co2_generic_write( &co2, CO2_MODECN_REG, &temp_w, 1 );
    temp_w = CO2_3500_OHM_TIA_RES | CO2_100_OHM_LOAD_RES;
    co2_generic_write( &co2, CO2_TIACN_REG, &temp_w, 1 );
    temp_w = CO2_VREF_EXT | CO2_50_PERCENTS_INT_ZERO | CO2_BIAS_POL_NEGATIVE | CO2_0_PERCENTS_BIAS;
    co2_generic_write( &co2, CO2_REFCN_REG, &temp_w, 1 );
    
    log_printf( &logger, "CO 2 is initialized\r\n\r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
}

void application_task ( void )
{
    float co2_value;
   
    co2_wait_i2c_ready( &co2 );
    co2_get_co2_ppm( &co2, &co2_value );
    
    log_printf( &logger, "CO : %.2f ppm\r\n", co2_value );
    Delay_ms ( 300 );
}

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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