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使用ZMOD4510和STM32G431RB迎接清新空气

新鲜空气的守护者:我们的解决方案,为您带来更健康的生活

Air quality 8 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Air quality 8 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

为了应对日益严重的空气污染问题,我们的监控解决方案如同守护者,确保您呼吸的空气质量最高。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Air Quality 8 Click基于ZMOD4510,这是一款由瑞萨设计的预校准数字传感器,旨在可靠检测室内外空气质量。该传感器具备选择性臭氧测量能力(NO2和O3),在连续运行中功耗低于23mW,提高了能效而不影响空气质量。它还具有电气和气体校准、经过验证的MOx材料、数字接口、硅氧烷耐受性、高灵敏度和长期稳定性,可实现ppb级检测限度。其扩展的工作湿度和温度范围覆盖5至90%RH和-20°C至50°C,臭氧和二氧化氮的测量范围为20至500ppb。ZMOD4510的气体传感元件由硅基MEMS结构上的加热元件、金属氧化物(MOx)化学电阻器和CMOS信号调节IC组成,该IC控制传感

器温度并测量MOx电阻,电阻是气体浓度的函数。它有两种工作模式。第一种模式允许对空气质量进行一般测量,包括对二氧化氮(NO2)和臭氧(O3)的非选择性测量。第二种模式允许选择性测量臭氧(O3),在快速采样率为2秒时,平均功耗为0.2mW。它根据研究和国际标准检测典型气体,并使用一系列应用温度对空气进行采样并报告空气质量指数(AQI)。传感器不需要主动或直接的气流通过传感器模块,因为环境气体的扩散不会限制传感器的响应时间。ZMOD4510还可以检测安全相关气体;然而,该传感器模块并非设计用于可靠检测这些干扰物,因此未获批准用于安全关键或生命保

护应用。Air Quality 8 Click使用标准I2C两线接口与MCU通信,以读取数据和配置设置,支持100kHz时钟频率的标准模式和高达400kHz的快速模式操作。此外,它还具有其他功能,如连接到mikroBUS™插座RST引脚的复位引脚,将模块置于低逻辑电平时进入复位状态,以及连接到mikroBUS™插座INT引脚的额外中断信号,用于指示测量过程的状态。此Click board™只能在3.3V逻辑电压水平下运行。因此,在使用不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,此Click board™配备了包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Air quality 8 Click top side image
Air quality 8 Click bottom side 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
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
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 8 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
BarGraph 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU MB 1 Micro 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 Air quality 8 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • airquality8_calc_oaq - Air Quality 8 计算空气质量指数(AQI)功能

  • airquality8_read_rmox - Air Quality 8 计算rmox电阻功能

  • airquality8_start_measurement - Air Quality 8 开始测量功能

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 AirQuality8 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for Air Quality 8 Click driver.
 * The library initializes and defines the I2C bus drivers 
 * to write and read data from registers. 
 * The library also includes a function for configuring sensor and measurement, 
 * read and calculate mox resistance ( RMOX ) and air quality index ( AQI ), etc.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of I2C module and log UART, and additional pins.
 * After the driver inits and executes a default configuration, 
 * the app read product ID and configuration parameters, 
 * initializes the sensor and measurement.
 *
 * ## Application Task
 * This is an example that demonstrates the use of the Air Quality 8 Click board™.
 * In this example, the app performs the start of the measurement,
 * reads an array of the 15 mox resistances measurements ( RMOX ), 
 * and calculates the air quality index ( AQI ), the app also, displays if an error occurs.
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void display_error ( void )
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "airquality8.h"

static airquality8_t airquality8;
static log_t logger;
static uint16_t mox_lr;
static uint16_t mox_er;
static uint8_t status_flag;

static void display_error ( void )
{
    if ( status_flag == AIRQUALITY8_ERROR_INIT_OUT_OF_RANGE )
    {
        log_printf( &logger, " The initialize value is out of range.\r\n" );
    }
    
    if ( status_flag == AIRQUALITY8_ERROR_GAS_TIMEOUT )
    {
        log_printf( &logger, " The operation took too long.\r\n" );
    }
    
    if ( status_flag == AIRQUALITY8_ERROR_I2C )
    {
        log_printf( &logger, " Failure in i2c communication.\r\n" );
    }
    
    if ( status_flag == AIRQUALITY8_ERROR_SENSOR_UNSUPPORTED )
    {
        log_printf( &logger, " Sensor is not supported with this firmware.\r\n" );
    }
    
    if ( status_flag == AIRQUALITY8_ERROR_CONFIG_MISSING )
    {
        log_printf( &logger, " There is no pointer to a valid configuration.\r\n" );
    }
    
    if ( status_flag == AIRQUALITY8_ERROR_SENSOR )
    {
        log_printf( &logger, " Sensor malfunction.\r\n" );
    }
}

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    airquality8_cfg_t airquality8_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.
    airquality8_cfg_setup( &airquality8_cfg );
    AIRQUALITY8_MAP_MIKROBUS( airquality8_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == airquality8_init( &airquality8, &airquality8_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( AIRQUALITY8_ERROR == airquality8_default_cfg ( &airquality8 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    Delay_ms( 100 );
    
    static uint8_t cfg_data[ 6 ];
    static uint8_t prod_data[ 5 ];
    static uint16_t pid;
    
    airquality8_get_sensor_info( &airquality8, &cfg_data[ 0 ], &prod_data[ 0 ], &pid );
    
    if ( pid != AIRQUALITY8_PRODUCT_ID )
    {
        status_flag = AIRQUALITY8_ERROR_I2C;
        display_error( );
        for ( ; ; );
    }
    Delay_ms( 100 );
    
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, " Product ID : 0x%.2X  \r\n", pid );
    Delay_ms( 100 );
    
    airquality8_init_sensor( &airquality8, &mox_lr, &mox_er );
    Delay_ms( 10 );
    
    airquality8_init_measurement( &airquality8 );
    Delay_ms( 10 );
    
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "      Air Quality Index\r\n" );
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
    Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( void ) 
{   
    static uint8_t status_data;
    static float rmox;
    static float rmox_seq[ 15 ];
    static float aqi;
    
    status_flag = airquality8_start_measurement( &airquality8 );

    airquality8_get_status( &airquality8, &status_data );
    Delay_ms( 10 );
    
    while ( ( status_data & AIRQUALITY8_STATUS_LAST_SEQ_STEP_MASK ) != AIRQUALITY8_OK )
    {
        airquality8_get_status( &airquality8, &status_data );
        Delay_ms( 10 );
    }

    for ( uint8_t n_cnt = 0; n_cnt < 15; n_cnt++ )
    {        
        status_flag = airquality8_read_rmox( &airquality8, &rmox, mox_lr, mox_er );
        rmox_seq[ n_cnt ] = rmox;
        Delay_ms( 100 ); 
        
        if ( status_flag != AIRQUALITY8_OK )
        {
            display_error( );
        }
    }       
    
    aqi = airquality8_calc_oaq( rmox_seq, AIRQUALITY8_RCDA_STRATEGY_ADJ, AIRQUALITY8_GAS_DETECTION_STRATEGY_AUTO );
    log_printf( &logger, " \tAQI : %.3f \r\n", aqi );
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 1000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

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