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 مه دود فتوشیمیایی ایجاد می کنند که می تواند باعث 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 ZMOD4410AI1R
ماژول سنسور گاز ZMOD4410 برای تشخیص کل ترکیبات آلی فرار (TVOC)، تخمین CO2 و نظارت بر کیفیت هوای داخل ساختمان (IAQ) طراحی شده است. این ماژول در شرایط مختلف از جمله رطوبت بسیار، گرد و غبارو … به خوبی کارمیکند. این قطعه از یک عنصر سنسور گاز و یک آی سی CMOS تنظیم کننده سیگنال تشکیل شده است و در پکیج LGA ساخته میشود. عنصر حسی این قطعه، یک میکرو هات پلیت مبتنی بر Si با مقاومت شیمیایی مقاوم و بسیار حساس اکسید فلزی (MOx) میباشد. تنظیم کننده سیگنال (ASIC) نیز دمای سنسور را کنترل می کند و رسانایی MOx را که تابعی از غلظت گاز است، اندازه گیری می کند. درنهایت این مقادیر اندازه‌گیری شده، به راحتی از طریق یک رابط I2C ، با اتصال به یک میکروکنترلر خوانده می شود.
کاربردها
مشخصات فنی
Indoor air monitoring to meet UBA and WELL standard
Monitor home, office, environments for healthy conditions and comfort
Detect hazardous materials and unhealthy conditions
Automation based on indoor ambient air quality
Detection Range: 0 to 1000 ppm
Resolution Ratio: 10 to 16 Bit
For more specifications, please refer to datasheet
ویژگی‌های ماژول ZMOD4410
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 ZMOD4410
ماژول GebraBit ZMOD4410AI1R می تواند با ولتاژهای تغذیه “1V8” یا “3V3” کارکند که این ولتاژها توسط جامپرسلکتور “VDD SEL” تعبیه شده روی برد قابل انتخاب اند. همچنین یک جامپر دیگر به نام “VDIO SEL” وجود دارد که برای انتخاب سطح منطقی ولتاژ پایه های ورودی/خروجی ماژول بین “1V8” یا “3V3” در نظر گرفته شده است. این ویژگی به استفاده از طیف گسترده ای از میکروکنترلرها برای رابط با این ماژول کمک می کند. از طریق پروتکل I2C می توان با این ماژول ارتباط برقرار کرد.
با توجه به پکیج LGA سنسور ZMOD4410AI1R 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 ZMOD4410AI1R و ارایه دسترسی به پین های مهم سنسور، محق ساخته است.
کافیست ماژول GebraBit ZMOD4410AI1R را در BreadBoard قرار داده سپس با اعمال ولتاژ مورد نیاز ، ماژول GebraBit ZMOD4410AI1R 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 ZMOD4410AI1R 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 ZMOD4410AI1R 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 ZMOD4410
ای سی اصلی این ماژول بوده که وظیفه مانیتورینگ کیفیت هوا را برعهده دارد و در مرکز ماژول قرار گرفته و مدار ان طراحی شده است.
جامپر VDDIO SEL
با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر ، سطح منطق (Logic Level) ارتباط دیجیتال(I2C ) سنسور از بین 1V8 و 3V3 انتخاب می شود.
جامپرVDD SEL
با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر ، ولتاژ اصلی تغذیه سنسور از بین 1V8 و 3V3 انتخاب میشود.
LED وقفه
یکLED اختصاصی برای پین وقفه روی ماژول در نظر گرفته شده است که با تغییر وضعیت وقفه با توجه به دیتاشیت سنسور، وضعیت LED نیز تغییر میکند.
LED تغذیه
با توجه به وضعیت جامپر VDD SEL و اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، LED ماژول روشن می شود.
پین‌های ماژول GebraBit ZMOD4410
پین های تغذیه
- 3V3 و1V8 : این پین ها می توانند با توجه به وضعیت جامپرسلکتورهای VDDSEL و VDDIO SEL ،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 VDDIO 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 VDDIO SEL، می توانید از سطح منطقی با ولتاژ 1V8 یا 3V3 استفاده کنید. این پین با یک مقاومت پول آپ (Pull Up) شده است.
دیگر پین‌ها
- INT: پین Interrupt (وقفه) سنسور ZMOD4410AI1R میباشد، هنگامیکه یک اندازه‌گیری درحال اجرا باشد این پین در حالت High و هنگامیکه اندازه‌گیری پایان یابد در حالت Low قرار میگیرد. با توجه به دیتاشیت سنسور، کاربر می تواند شرایط وقوع وقفه،حالات و روش های وقوع وقفه و … را تنظیم کند.
- RST: این پین ، پین ریست سنسور بوده و active low میباشد.
اتصال به پردازنده
اتصال I2C با GebraBit STM32F303
برای اتصال I2C ماژول GebraBit ZMOD4410AI1R 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 ZMOD4410AI1R را به پین “3V3” خروجی ماژول میکروکنترلر متصل کنید.(سیم قرمز)
- پین “GND” ماژول ZMOD4410AI1R را به پین “GND” ماژول میکروکنترلر متصل کنید.(سیم سیاه)
- پین “SCL” ماژول ZMOD4410AI1R 4 را به پین PB8 ماژول میکروکنترلر (SCL) متصل کنید.(سیم آبی)
- پین “SDA” ماژول ZMOD4410AI1R 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 ZMOD4410AI1R 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 ZMOD4410AI1R را به صورت Pin to Pin به راحتی بر روی ماژول GebraBit ATMEGA32A قرار داده و از طریق I2C با ماژول ارتباط برقرار کنید:
توجه: در صورت استفاده از ماژول‌های میکروکنترلریGebraBit توجه داشته باشید که جامپر سلکتورهای ماژول GebraBit ZMOD4410AI1R 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 ZMOD4410AI1R به ARDUINO UNO مراحل زیر را دنبال کنید:
- پین 3V3 ماژول ZMOD4410AI1R را به پین 3V3 خروجی برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم قرمز)
- پین GND ماژول ZMOD4410AI1R را به پین GND برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم سیاه)
- پین SCL ماژول ZMOD4410AI1R را به پین A5 برد ARDUINO UNO( (SCLمتصل کنید.(سیم آبی)
- پین SDA ماژول ZMOD4410AI1R را به پین A4 برد ARDUINO UNO( (SDAمتصل کنید.(سیم نارنجی)
نحوه اتصال موارد ذکر شده در بالا،در این تصویر مشاهده می شود: