使用3SP-NO2-20和STM32F446RE准确检测二氧化氮，轻松呼吸
对NO2污染说不
已发布 10月 08, 2024
点击板
NO2 Click
开发板
Nucleo 64 with STM32F446RE MCU
编译器
NECTO Studio
微控制器单元
STM32F446RE
我们的 NO2 监测解决方案为个人、城市和工业提供实时数据，使他们能够应对二氧化氮污染，提高空气质量。
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硬件概览
它是如何工作的？
NO2 Click 基于 SPEC Sensors 的 3SP-NO2-20 气体传感器，可检测高达 20ppm 的 NO2 浓度。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，它能够提供的数据就越准确，尤其是在进行校准时。传感器对小颗粒物、凝结水和其他杂质非常敏感，这些可能会阻止气体到达传感器。因此，建议在关键应用中使用时保护传感器。在理想条件下，此传感器的使用寿命是无限的，但在实际应用中，预期的操作寿命超过五年（在 23 ± 3˚C；40 ± 10 %RH 条件下可达 10 年）。虽然非常可靠和准确，但此传感器非常适合构建相对气体传感应用。例如，它可以检测 NO2 气体的增加水平。然而，在开发绝对气体浓度应用时，必须对传感器进行校准，并且需要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（二氧化氮）的反应曲线并非完全线性，其他气体也可能影响测量（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程序，以计算绝对气体浓度。NO2 Click 使用 Texas Instruments
的 LMP91000，这是一款用于低功耗化学传感应用的可配置 AFE 恒电位仪 IC。它提供了完整的传感器解决方案，生成与传感器电流成正比的输出电压。使用带有可编程增益的跨阻放大器 (TIA) 转换通过传感器的电流，覆盖范围从 5μA 到 750μA，具体取决于所使用的传感器。参比电极 (RE) 和工作电极 (WE) 之间的电压保持恒定，偏置由可变偏置电路设置。当施加固定偏置电压时，此类传感器表现最佳。传感器制造商推荐为此 Click board™ 上的传感器设置 200mV 的固定偏置电压。可以通过 I2C 寄存器设置偏置电压和 TIA 增益。此外，如果需要，可以使用 AFE IC 中的嵌入式热传感器进行结果补偿。它通过 VOUT 引脚以相对于 GND 的模拟电压值提供。该 Click board™ 上还有两个附加 IC。第一个是 Microchip 的 MCP3221，这是一个 12 位逐次逼近寄存器 A/D 转换器。第二个 IC 是 Texas Instruments 的 OPA344，这是一个单电源、轨到轨运算放大器。可以使用标记为 AN SEL 的板载开关选择 LMP91000 AFE 的 VOUT 引脚路由到哪个
IC。如果开关处于 ADC 位置，则 VOUT 引脚将路由到 MCP3221 ADC 的输入。这允许通过 I2C 接口读取 VOUT 引脚处的电压值作为数字信息。当开关处于 AN 位置时，它将 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 AFE 的 VOUT 引脚处的电压可以通过 mikroBUS™ 的 AN 引脚被主 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 I2C 总线上使用多个芯片。当驱动到低电平时，启用 I2C 通信，并且主设备（主 MCU）可以发出 START 条件。通信期间 RST 引脚应保持在低电平。此 Click board™ 可以选择 3.3V 或 5V 逻辑电压电平，通过 VCC SEL 跳线选择。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™ 配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库，可以作为进一步开发的参考。
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。
微控制器概述
MCU卡片 / MCU
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™。
使用的MCU引脚
mikroBUS™映射器
“仔细看看！”
Click board™ 原理图
一步一步来
项目组装
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。
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
该库包含用于 NO2 Click 驱动程序的 API。
关键功能:
no2_enable- 启用设备功能no2_read_adc- 读取 ADC 传感器数据的功能no2_get_no_2_ppm- 获取 NO2 数据的功能
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 No2 Click example
*
* # Description
* This application measures NO2.
*
* The demo application is composed of two sections :
*
* ## Application Init
* Initializes I2C driver and device configuration.
*
* ## Application Task
* Gets NO2 (Nitrogen dioxide) data as ppm value and logs to USBUART every 500ms.
*
* \author MikroE Team
*
*/
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES
#include "board.h"
#include "log.h"
#include "no2.h"
// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES
static no2_t no2;
static log_t logger;
// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS
void application_init ( void )
{
log_cfg_t log_cfg;
no2_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.
no2_cfg_setup( &cfg );
NO2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
no2_init( &no2, &cfg );
no2_default_cfg( &no2 );
log_printf( &logger, "NO2 is initialized \r\n" );
Delay_ms( 300 );
}
void application_task ( void )
{
float no2_value;
no2_value = no2_get_no_2_ppm( &no2 );
log_printf( &logger, "NO2 value : %.2f ppm \r\n", no2_value );
Delay_ms( 500 );
}
void main ( void )
{
application_init( );
for ( ; ; )
{
application_task( );
}
}
// ------------------------------------------------------------------------ END
