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使用ENS161和STM32G431RB监测室内空气状况

数字金属氧化物多气体传感解决方案

Air Quality 11 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Air Quality 11 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

通过检测各种挥发性有机化合物(VOCs),监测和分析您在室内呼吸的空气。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Air Quality 11 Click基于ScioSense的ENS161,这是一款基于金属氧化物(MOX)技术的多气体传感器。它具有四个传感器元件,支持等温模式和低功率模式。这款先进的传感器具有独特的能力,可以独立控制热板,以检测广泛的挥发性有机化合物(VOCs),如乙醇、甲苯、氢和氧化气体,并具有增强的灵敏度。ENS161配备了智能的片上算法,处理原始传感器数据,计算各种空气质量指标,如TVOC和CO2等效值,以及进行湿度和温度补偿。ENS161的一个关键功能是其TrueVOC®空气质量检测,符合全球室内空气质量(IAQ)标准。它可以测量等效CO2(eCO2)从0到65,000 ppb,满足暖通空调要求,以及等效总挥发性有

机化合物(eTVOC)从400到65,000 ppm CO2等效。此外,它支持德国联邦环境署(UBA)的空气质量指数(AQI-U)从1到5以及相对空气质量指数(AQI-S)从0到500。此解决方案适用于物联网设备、可穿戴设备、对能源敏感的建筑自动化、暖通空调系统、家用电器等。此Click board™支持灵活的通信选项,支持I2C和SPI接口。这些接口支持高达1MHz的I2C通信速度和高达10MHz的SPI通信速度。用户可以通过调整COMM SEL部分的SMD跳线来选择他们喜欢的通信协议。为了避免潜在的问题,跳线必须对齐在同一侧。另外一个标记为ADDR SEL的SMD跳线使得可以调整I2C从设备地址。ENS161传感器使用mikroBUS™插座的3.3V电源作为其逻

辑电平侧的电源,并使用1.8V作为主电源,通过AP2112 CMOS LDO稳压器从3.3V mikroBUS™电源轨转换而来。通过来自mikroBUS™插座的EN引脚来启用此LDO,该引脚还可以作为整个设备的全局使能。除了SPI和I2C的通信引脚外,ENS161还使用一个中断(INT)引脚,用于在新的输出数据可用时向主机MCU发出警报。此Click board™只能使用3.3V逻辑电压电平。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Air Quality 11 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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

NC
NC
AN
ID SEL
PC12
RST
SPI Select / ID COMM
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Device Enable
PC8
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Air Quality 11 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 STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 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 Compiler Selection Step Image 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 Air Quality 11 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • airquality11_get_aqi_uba - 此函数读取根据UBA计算的空气质量指数。

  • airquality11_get_tvoc - 此函数读取以ppb为单位计算的等效TVOC浓度。

  • airquality11_get_aqi_s - 此函数读取由ScioSense专有的相对空气质量指数计算得到的值。

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 main.c
 * @brief Air Quality 11 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Air Quality 11 Click board 
 * by reading and displaying the calculated Air Quality Index according to the UBA and ScioSense, 
 * and equivalent TVOC and CO2 concentration.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of I2C and SPI module and log UART.
 * After driver initialization, the app sets the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * The demo application displays the Air Quality Index of the UBA information,
 * concentration of the TVOC and CO2 and Air Quality Index according to ScioSense.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void airquality11_display_aqi_uba ( void )
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "airquality11.h"

static airquality11_t airquality11;
static log_t logger;

/**
 * @brief Air Quality 11 display AQI-UBA function.
 * @details This function parses the Air Quality Index per UBA (AQI-UBA) value 
 * and displays it on the USB UART.
 * @param[in] aqi_uba : AQI-UBA value.
 * @return None.
 * @note None.
 */
void airquality11_display_aqi_uba ( uint8_t aqi_uba );

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    airquality11_cfg_t airquality11_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.
    airquality11_cfg_setup( &airquality11_cfg );
    AIRQUALITY11_MAP_MIKROBUS( airquality11_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = airquality11_init( &airquality11, &airquality11_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( AIRQUALITY11_ERROR == airquality11_default_cfg ( &airquality11 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n " );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void )
{
    uint8_t aqi_uba = 0;
    uint16_t aq_data = 0;

    if ( AIRQUALITY11_OK == airquality11_get_aqi_uba( &airquality11, &aqi_uba ) )
    {
        airquality11_display_aqi_uba( aqi_uba );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( AIRQUALITY11_OK == airquality11_get_tvoc( &airquality11, &aq_data ) )
    {
        log_printf( &logger, " TVOC: %u [ppb]\r\n", aq_data );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( AIRQUALITY11_OK == airquality11_get_co2( &airquality11, &aq_data ) )
    {
        log_printf( &logger, " ECO2: %u [ppm]\r\n", aq_data );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( AIRQUALITY11_OK == airquality11_get_aqi_s( &airquality11, &aq_data ) )
    {
        log_printf( &logger, " AQIS: %u [idx]\r\n", aq_data );
        Delay_ms ( 100 );
    }
    
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n " );
    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;
}

void airquality11_display_aqi_uba ( uint8_t aqi_uba )
{
    switch ( aqi_uba )
    {
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_EXELLENT:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Exellent\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: No objections\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Target\r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: No limit\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_GOOD:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Good\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: No relevant objections\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Sufficient ventilation\r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: No limit\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_MODERATE:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Moderate\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: Some objections\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Increased ventilation - Search for sources\r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: < 12 months\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_POOR:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Poor\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: Major objections\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Intensified ventilation - Search for sources\r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: < 1 month\r\n" );
            break;
        }
        case AIRQUALITY11_AQI_UBA_UNHEALTHY:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Unhealthy\r\n" );
            log_printf( &logger, " Hygienic Rating: Situation not acceptable\r\n" );
            log_printf( &logger, " Recommendation: Use only if unavoidable - Intensified ventilation recommended \r\n" );
            log_printf( &logger, " Exposure Limit: hours\r\n" );
            break;
        }
        default:
        {
            log_printf( &logger, " AQI-UBA Rating: Unknown\r\n" );
            break;
        }
    }
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - -\r\n " );
}

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

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