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通过SCD41、SPS30和STM32F410RB实现精确的环境HVAC传感

通过紧凑的HVAC创新重新定义舒适性

HVAC Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

HVAC Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

利用微型CO2和PM传感器的实时数据,根据不断变化的占用率和污染物水平动态调整通风速率,确保室内空气质量最佳。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

HVAC Click 基于SCD41,这是Sensirion的下一代微型CO2传感器。该二氧化碳传感器基于光声传感原理,并采用Sensirion的专利PASens®和CMOSens®技术,在小巧的外形下提供高精度测量。它在400至5000 ppm的指定范围内运行,可以通过I2C接口配置,并支持低功耗单次模式以减少噪音水平,即按需测量。SCD41具有片上信号补偿功能,可以抵消压力和温度的影响。将压力或海拔高度输入SCD41可以在广泛的压力范围内确保CO2输出信号的最高精度。设置温度偏移可以提高相对湿

度和温度输出信号的准确性。需要注意的是,温度偏移不会影响CO2输出的准确性。HVAC Click通过标准I2C两线接口与MCU通信,以读取数据和配置设置,支持时钟频率最高达100kHz的标准模式操作。此外,该Click板™适用于使用额外的SPS30(Sensirion的颗粒物(PM)传感器)的室内空气质量应用,借助SPS30,HVAC Click可以以最节能和人性化的方式保持低CO2浓度,提供健康和高效的环境。SPS30的测量原理基于激光散射,加上高质量,从首次操作到其超过十年的使

用寿命期间,能够进行精确测量。此外,SPS30允许使用I2C和UART接口,通过将标记为COMM SEL的SMD跳线设置到适当位置,可以选择通信接口。需要注意的是,所有跳线的位置必须在同一侧,否则Click板™可能无响应。此外,要激活I2C通信,必须安装JP4跳线。该Click板™可以通过VCC SEL跳线选择以3.3V或5V逻辑电压等级工作。这样,3.3V和5V的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™配备了包含易于使用的功能库和示例代码,可作为进一步开发的参考。

HVAC Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB 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 STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

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

SPS30 PM2.5 颗粒物传感器基于激光散射技术,并采用Sensirion的创新抗污染技术。由于PM2.5颗粒的微小尺寸,它们可以深入到人体肺部,导致各种健康问题,例如诱发哮喘发作或导致心血管疾病。SPS30从首次操作到其超过十年的使用寿命期间,能够进行精确测量。这是一种在整个使用寿命内工作的传感解决方案,确保最终用户的良好空气质量,同时提高能源效率和可持续运行。

HVAC Click accessories 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
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
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

HVAC 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 STM32F410RB 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
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image 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

该库包含 HVAC Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • hvac_sps30_start_measurement - SPS30 开始测量命令功能

  • hvac_sps30_get_ready_flag - SPS30 获取准备标志功能

  • hvac_sps30_read_measured_data - SPS30 读取测量数据功能

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 main.c
 * @brief Hvac Click example
 *
 * # Description
 * This is an example that demonstrates the use of the HVAC Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization driver enables - I2C, 
 * SCD40: perform factory reset, serial number, features, product type platform type, 
 * product version and
 * SPS30: perform start measurement mode, also write log.
 *
 * ## Application Task
 * This is an example which demonstrates the use of HVAC Click board.
 * HVAC Click board can be used to measure : 
 * Concentration of CO2 in air,
 * Temperature ( degree Celsius ),
 * Relative Humidity ( % ),
 * Mass Concentration of PM1.0, PM2.5, PM4.0, PM10 and
 * Number Concentration of PM0.5, PM1.0, PM2.5, PM4.0 and PM10.
 * All data logs write on USB uart changes.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "hvac.h"

static hvac_t hvac;
static log_t logger;
measuremen_data_t hvac_data;
feature_data_t version_data;
mass_and_num_cnt_data_t sps30_data;
uint16_t ser_num[ 3 ];

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    hvac_cfg_t hvac_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.
    hvac_cfg_setup( &hvac_cfg );
    HVAC_MAP_MIKROBUS( hvac_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == hvac_init( &hvac, &hvac_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms( 1000 );
    hvac_scd40_send_cmd( &hvac, HVAC_PERFORM_FACTORY_RESET );
    log_printf( &logger, "  Perform Factory Reset   \r\n" );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 2000 );

    hvac_scd40_get_serial_number ( &hvac, ser_num );
    log_printf( &logger, "   SCD40 - Serial Number : %.4d-%.4d-%.4d \r\n", 
                ( uint16_t ) ser_num[ 0 ], ( uint16_t ) ser_num[ 1 ], ( uint16_t ) ser_num[ 2 ] );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 100 );
    hvac_scd40_get_feature_set_version( &hvac, &version_data );
    log_printf( &logger, "     SCD40 - Features     \r\n" );
    log_printf( &logger, " Product Type    : %d \r\n", ( uint16_t ) version_data.product_type );
    log_printf( &logger, " Platform Type   : %d \r\n", ( uint16_t ) version_data.platform_type );
    log_printf( &logger, " Product Version : %d.%d \r\n", 
                ( uint16_t ) version_data.product_major_version, 
                ( uint16_t ) version_data.product_minor_version );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 100 );
    
    hvac_sps30_start_measurement ( &hvac );
    Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( void ) 
{
    hvac_scd40_send_cmd( &hvac, HVAC_MEASURE_SINGLE_SHOT );
    Delay_ms( 5000 );
    
    hvac_scd40_read_measurement( &hvac, &hvac_data );
    Delay_ms( 100 );

    log_printf( &logger, " CO2 Concent = %d \r\n ", hvac_data.co2_concent );

    log_printf( &logger, " Temperature = %.2f C \r\n", hvac_data.temperature );

    log_printf( &logger, " R. Humidity = %.2f %% \r\n", hvac_data.r_humidity );
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - -  \r\n" );
        
    while ( HVAC_SPS30_NEW_DATA_IS_READY != hvac_sps30_get_ready_flag( &hvac ) );
    
    
    log_printf( &logger, "   Mass Concentration :   \r\n" );
    hvac_sps30_read_measured_data( &hvac, &sps30_data );
    Delay_ms( 100 );

    log_printf( &logger, " PM 1.0 = %.2f ug/m3 \r\n", sps30_data.mass_pm_1_0 );
    log_printf( &logger, " PM 2.5 = %.2f ug/m3 \r\n", sps30_data.mass_pm_2_5 );
    log_printf( &logger, " PM 4.0 = %.2f ug/m3 \r\n", sps30_data.mass_pm_4_0 );
    log_printf( &logger, " PM 10  = %.2f ug/m3 \r\n", sps30_data.mass_pm_10 );
    log_printf( &logger, "-   -   -   -   -   -   - \r\n" );

    log_printf( &logger, "  Number Concentration :  \r\n" );
    log_printf( &logger, " PM 0.5 = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_0_5 );
    log_printf( &logger, " PM 1.0 = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_1_0 );
    log_printf( &logger, " PM 2.5 = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_2_5 );
    log_printf( &logger, " PM 4.0 = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_4_0 );
    log_printf( &logger, " PM 10  = %.2f n/cm3 \r\n", sps30_data.num_pm_10 );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 2000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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