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30 分钟

使用MQ131和STM32F103RB实现臭氧水平的实时监测,确保所有人的环境安全

臭氧监测:您的空气纯度守护者!

Ozone 2 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Ozone 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

我们的臭氧传感解决方案专为室内外使用而设计,在保持家庭、办公室和公共空间的空气质量标准方面发挥着关键作用。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Ozone 2 Click基于Winsen的MQ131臭氧(O3)气体传感器,该传感器使用SnO2(氧化锡)合金,在暴露于O3气体时降低其电阻。O3浓度越高,此材料的导电性就越强。这可以用来获取O3浓度读数。传感器包含一个连接到5V电源的小型加热元件。在执行指定操作之前,必须对传感器进行48小时的预热。传感器的灵敏度定义为空气电阻与50ppm O3气体浓度的比率,为≥3(RO/RS ≥ 3)。不锈钢网格保护传感器免受颗粒和机械损伤的影响;然而,暴露于过量的湿气和腐蚀性气体可能会损坏内部结构。测量电路由MQ131传感器、电源和输出引脚与GND之间的负载电阻(RL)组

成。传感器与负载电阻形成电压分压器,其内部电阻。RL设计为可变电阻,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。传感器可以测量相对O3浓度变化,无需精确校准,这对可以用作警告系统的建筑应用非常有用。传感器-RL电压分压器的中间引脚被路由到标记为ADC SEL的SMD跳线上。此跳线可以将测量电压重定向到ADC以进行采样,也可以将其重定向到AN引脚,以便用于外部电路(外部ADC或某种形式的测量信号调理)。当通过ADC SEL跳线选择时,Microchip的22位Sigma-Delta ADC MCP3551用于对传感器输

出进行采样。该ADC将输入电压转换为22位分辨率和低噪声的数字数据,可通过Click板的SPI接口获取。该ADC使用参考电压,该参考电压与电源电压相同,在这种情况下,它由来自mikroBUS™电源轨的5V供电。如前所述,ADC使用5V电源。因此,此板需要与3.3V MCU进行级别转换电路接口。此Click板使用TXB0106 IC,这是来自德州仪器的6位双向电平转换IC,用于将通信逻辑电压从5V转换为3.3V。电压转换取决于VCCA引脚上的参考电压,可以使用标记为VCCIO SEL的SMD跳线选择参考电压。

Ozone 2 Click top side image
Ozone 2 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB 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 STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

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
NC
NC
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!”

Click board™ 原理图

Ozone 2 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 STM32F103RB 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
Board mapper by product8 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

这个库包含Ozone 2 Click驱动程序的API。

关键函数:

  • ozone2_read - 此函数从MCP3351 ADC读取并返回32位读取值

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 Ozone2 Click example
 *
 * # Description
 * This example shows the value of ozone measurement aquired from Ozone2 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 ozone in the air every with repetition of 1 second.
 * This driver is able to get the level of ozone gas in the range from 10 to 1000 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 "ozone2.h"

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

static ozone2_t ozone2;
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... ----" );

    ozone2_cfg_t ozone2_cfg;

    //  Click initialization.

    ozone2_cfg_setup( &ozone2_cfg );
    OZONE2_MAP_MIKROBUS( ozone2_cfg, MIKROBUS_1 );

    if ( ozone2_init( &ozone2, &ozone2_cfg ) == OZONE2_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 o3_ppm;

    if ( ozone2_read_measurement( &ozone2, &o3_ppm ) == OZONE2_OK )
    {
        log_printf( &logger, "  O3 [ppm] : %u\r\n", o3_ppm );
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

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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