سنسورهای کیفیت هوا ابزارهایی هستند که برای شناسایی ذرات، آلاینده های موجود و گازهای مضر در هوا که ممکن است برای سلامت انسان مضر باشند، استفاده می شوند. آنها در مواردی مانند نظارت بر کیفیت هوا، تشخیص گاز در صنعت، کنترل کننده های احتراق و ژنراتورهای اکسیژن در هواپیما استفاده می شوند.
ترکیبات آلی فرار یا همان VOC ها (Volatile Organic Compounds) زمانی ایجاد می شوند که مواد شیمیایی مضر در دمای محیط تبخیر شوند. کارخانه‌های تولیدی بزرگ که از حلال‌ها یا مواد شیمیایی سمی در طول تولید استفاده می‌کنند، می‌توانند سطوح خطرناکی از VOCs را در هوا آزاد کنند. این گازها دود فتوشیمیایی ایجاد می کنند که می تواند باعث ایجاد مشکلات شدیدی برای سلامتی انسان و آسیب به محیط زیست شود.
سنسورهای VOC برای تشخیص تغییرات ظریف در گازهای خاص برنامه ریزی شده اند و داده ها را به یک سیستم نظارت مرکزی ارسال می کنند. پرسنل کارخانه از این سنسورها برای جلوگیری از هر گونه افزایش غیر منتظره در انتشار این نوع گازها، استفاده می کنند. بسته به نوع سنسور مورد استفاده، تکنسین ها می توانند هر دستگاه را برای تشخیص یک VOC خاص یا گروهی از آنها کالیبره کنند.
مروری بر سنسور SGP41-D-R4
SGP41 یک سنسور گاز دیجیتالی است که برای استفاده آسان در دستگاه های تصفیه هوا یا سیستم های تهویه طراحی شده است. این سنسور دارای رابط دیجیتال I2C بوده و از صفحه‌های حرارتی میکرو با دمای کنترل شده، تشکیل شده که یک سیگنال کیفیت هوای داخلی مبتنی بر VOC و NOx را ارائه می‌دهد.
کاربردها
مشخصات فنی
In limited spaces applications and high-volume applications
Output Type: Digital-I2C
Detection Range: 0 to 1000000ppb (Ethanol in clean air), 0 to 10000 ppb (NO2 in clean air)
For more specifications, please refer to datasheet
ویژگی‌های ماژول SGP41-D-R4
User-selectable module power supply voltage between 3V3 and 5V
On Board, ON/OFF LED indicator
GebraBit Pin Compatible with GEBRABUS
It can be used as a daughter board of GebraBit MCU Modules
Featuring Castellated pad (Assembled as SMD Part)
Separatable screw parts to reduce the size of the board
Package: GebraBit small (36.29mm x 32.72mm)
ماژول GebraBit SGP41-D-R4
GebraBit SGP41-D-R4 یک ماژول تشخیص کیفیت هوا برای اندازه‌گیری VOC و NOx است که با تغذیه 3V3 و 1V8 ولت راه اندازی میشود و کاربر می‌تواند با استفاده از جامپر مربوطه ولتاژ مورد نظر را انتخاب کند.
کاربر همچنین می‌تواند از طریق پروتکل ارتباطی I2C با ماژول GebraBit SGP41-D-R4 ارتباط برقرار کند.
با توجه به پکیج DFN سنسور SGP41-D-R4 و دشواری دستسرسی به پین های سنسور،کاربر برای توسعه سخت افزاری و البته توسعه نرم افزاری سنسور،نیاز به یک مدار راه انداز و درایور دارد.GebraBit برای راحتی کاربران این امر را با پیاده سازی مدار سنسور SGP41-D-R4 و ارایه دسترسی به پین های سیگنال های ارتباطی و تغذیه سنسور، محق ساخته است.
کافیست ماژول GebraBit SGP41-D-R4 را در BreadBoard قرار داده سپس با اعمال ولتاژ مورد نیاز ، ماژول GebraBit SGP41-D-R4 را با هریک از برد های اردوینو، رزبری پای ، دیسکاوری و مخصوصا ماژول GebraBit STM32F303 یا GebraBit ATMEGA32 که پیشنهاد ما استفاده از ماژول های توسعه میکروکنترلری GebraBit هست،راه اندازی و دیتا را دریافت کنید.
دلیل پیشنهاد ما در راه اندازی ماژول GebraBit SGP41-D-R4 با ماژول های توسعه میکروکنترلری GebraBit مانند GebraBit STM32F303 یا GebraBit ATMEGA32 ،وجود رگولاتور داخلی 3V3 در آنها و سازگاری ترتیب پین های همه ماژول های GebraBit با هم بوده(استاندارد GEBRABUS) که فقط کافیست ماژول GebraBit SGP41-D-R4 را مانند تصویر بالا در سوکت مربوطه قرار داده و بدون نیاز به سیم کشی، ماژول سنسور مورد نظر را توسعه دهید.
معرفی بخش های ماژول
سنسور SGP41-D-R4
ای سی اصلی این ماژول بوده که وظیفه‌ی کنترل کیفیت هوا و اندازه‌گیری VOC و NOx را برعهده دارد و در بالای ماژول قرار گرفته و مدار ان طراحی شده است.
جامپر VDD SEL
با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر، ولتاژ اصلی تغذیه سنسور از بین 1V8 و 3V3 انتخاب میشود.
LED تغذیه
با توجه به وضعیت جامپر VDDSEL و اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، LED ماژول روشن می شود.
پین‌های ماژول GebraBit SGP41-D-R4
پین های تغذیه
- 3V3 و1V8: این پین ها می‌توانند با توجه به وضعیت جامپرسلکتورVDDSEL ،تغذیه اصلی سنسور و سطح منطق (Logic Level) ارتباط دییجیتال (I2C ) سنسور را تامین کنند.
- GND : این پین زمین مشترک برای تغذیه و سطح منطق (Logic Level) سنسور می باشد.
پین های I2C
- SDA: این پین، پین دیتای ارتباط I2C می باشد، که به پین دیتای متناظر در میکروکنترلر (پردازنده) ، متصل می شود. با توجه به وضعیت جامپر VDD SEL، می توانید از سطح منطقی با ولتاژ 1V8 یا 3V3 استفاده کنید. این پین با یک مقاومت پول آپ (Pull Up) شده است.
- SCL: این پین، پین کلاک ارتباط I2C می باشد، که به پین کلاک متناظر در میکروکنترلر (پردازنده) ، متصل می شود. با توجه به وضعیت جامپر VDD SEL، می توانید از سطح منطقی با ولتاژ 1V8 یا 3V3 استفاده کنید. این پین با یک مقاومت پول آپ (Pull Up) شده است.
اتصال به پردازنده
اتصال I2C با GebraBit STM32F303
برای اتصال I2C ماژول GebraBit SGP41-D-R4 به ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 بعد از تعریف کردن SDA و SCL روی پین های PB9 و PB8 (برای راحتی کار در STMCUBEMX)مراحل زیر را دنبال کنید:
- پین “3V3” ماژول SGP41-D-R4را به پین “3V3” خروجی ماژول میکروکنترلر متصل کنید.(سیم قرمز)
- پین “GND” ماژول SGP41-D-R4 را به پین “GND” ماژول میکروکنترلر متصل کنید.(سیم سیاه)
- پین “SCL” ماژول SGP41-D-R4 را به پین PB8 ماژول میکروکنترلر (SCL) متصل کنید.(سیم آبی)
- پین “SDA” ماژول SGP41-D-R4 را به پین PB9 ماژول میکروکنترلر (SDA) متصل کنید.(سیم زرد)
نحوه اتصال موارد ذکر شده در بالا،در این تصویر مشاهده می شود:
توجه: با توجه به اینکه پین PA14 ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 برای پروگرام کردن میکروکنترلر استفاده میشود،تنظیم I2C بر روی پین های PA14 و PA15 در این ورژن مقدور نمی باشد،لذا در اتصال I2C به ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 در این ورژن ، ماژول GebraBit SGP41-D-R4 نمی تواند به صورت Pin to Pin بر روی آن قرار گیرد.
اتصال I2C با GebraBit ATMEGA32A
با توجه به اینکه پین های I2C میکروکنترلر ATMEGA32A بر اساس استاندارد GEBRABUS متناظر با پین های I2C دیگر ماژول های GEBRABIT می باشد، ماژول GebraBit SGP41-D-R4 را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول GebraBit ATMEGA32A قرار داده I2C ارتباط برقرار کنید. در اینجا برای درک بهتر،اتصال جداگانه این ماژول نمایش داده شده است:
توجه: در صورت استفاده از ماژول‌های میکروکنترلریGebraBit توجه داشته باشید که جامپر سلکتورهای ماژول GebraBit SGP41-D-R4 روی “3V3” باشد تا راحت تر بتوانید با گرفتن ولتاژ”3V3” از ماژول میکروکنترلری ، ماژول سنسور مورد نظر را راه اندازی کنید.
اتصال I2C با ARDUINO UNO
برای اتصال I2C ماژول GebraBit SGP41-D-R4 به ARDUINO UNO مراحل زیر را دنبال کنید:
- پین 3V3 ماژول SGP41-D-R4 را به پین 3V3 خروجی برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم قرمز)
- پین GND ماژول SGP41-D-R4 را به پین GND برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم سیاه)
- پین SCL ماژول SGP41-D-R4 را به پین A5 برد ARDUINO UNO( (SCLمتصل کنید.(سیم آبی)
- پین SDA ماژول SGP41-D-R4را به پین A4 برد ARDUINO UNO( (SDAمتصل کنید.(سیم نارنجی)
نحوه اتصال موارد ذکر شده در بالا،در این تصویر مشاهده می شود: