用于工業(yè)應用中環(huán)境監測的傳感器

人們比以往任何時(shí)候都更了解我們的環(huán)境對周?chē)挛锖臀覀冏约旱挠绊?。例如在家工作，有時(shí)會(huì )在小房間里工作，這時(shí)我們就能夠敏銳地意識到周遭的空氣質(zhì)量。在這種情況下，二氧化碳（CO₂）傳感器可以指導何時(shí)打開(kāi)門(mén)窗，以避免頭痛、精神功能受損和嗜睡。

工業(yè)過(guò)程，尤其是化石燃料的燃燒，會(huì )將有害氣體和顆粒物（PM）釋放到大氣中。研究顯示，這些氣體對于那些患有肺部疾病或其他長(cháng)期疾病的人來(lái)說(shuō)影響尤為嚴重。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要準確的測量來(lái)幫助確定解決問(wèn)題的行動(dòng)計劃，并評估這些對策的結果。

近年來(lái)，半導體制造商在測量技術(shù)方面取得了重大進(jìn)展，提高了檢測揮發(fā)性有機化合物（VOC）、顆粒物、氣體、相對濕度和溫度的能力。此外，這些傳感器體積小，功耗低，并且使用壽命長(cháng)，這使得它們非常適合嵌入到強大的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）解決方案中。

監測二氧化氮和臭氧

世界衛生組織（WHO）對廢氣排放中的氣體［如二氧化氮（NO₂）］以及由化學(xué)反應產(chǎn)生的氣體［如臭氧（O₃）］進(jìn)行了區分。NO₂會(huì )導致某些呼吸系統疾病，并且在使用內燃機的場(chǎng)景中普遍濃度較高。O₃在大氣中會(huì )自然形成，保護我們免受有害紫外線(xiàn)的傷害。然而，它在靠近地面的地方被越來(lái)越多地測量出來(lái)，這會(huì )對年輕人、老年人和有呼吸問(wèn)題的人構成風(fēng)險。

Mikroe Air Quality 8 Click采用Renesas ZMOD4510預校準數字傳感器（圖1），為測量此類(lèi)氣體提供了順暢的途徑。Quality 8 Click板專(zhuān)為室內和室外工作而設計，通過(guò)其3.3V的I²C接口與主機單片機（MCU）連接。當然，該板可與Mikroe開(kāi)發(fā)板上可用的mikroBUS插座連接，并得到mikroSDK庫的完全支持。 

圖1：Mikroe Air Quality 8 Click可同時(shí)檢測NO₂和臭氧，同時(shí)消耗的功率小于23mW。該板得到了mikroSDK的完全支持。（圖源：貿澤電子）

ZMOD4510采用與加熱器耦合的硅基微機電系統（MEMS）。它的信號調節電路監控化學(xué)電阻，將測量值轉換為數字值。其在連續運行中消耗的功率小于23mW，監測可以精確到十億分之一（ppb）的范圍內。它是生成空氣質(zhì)量指數（AQI）和臭氧測量值的理想選擇，適用于相對濕度（RH）在5%至90%之間，溫度介于?20°C至50°C之間的環(huán)境。

密切關(guān)注氣壓和溫度

氣壓傳感器可用于檢測智能空氣過(guò)濾器何時(shí)達到其使用壽命。它們還內置到氣壓計中以監測天氣狀況。由于溫度傳感是一種相對簡(jiǎn)單的測量類(lèi)型，因此氣壓傳感器通常將溫度和其他傳感選項集成在單個(gè)封裝中。STMicroelectronics ILPS22QS雙滿(mǎn)量程壓力傳感器可當成數字輸出氣壓計使用就屬于這種情況（圖2）。 

圖2：ILPS22QS支持絕對氣壓傳感，但也可以測量溫度并作為用戶(hù)界面來(lái)工作。（圖源：貿澤電子）

該元件采用微型10引腳HLGA、2 × 2 × 0.73mm封裝，可根據工作模式進(jìn)行260至1260或4060hPA的絕對測量。它具有溫度補償功能，每秒提供1到200次的24位輸出數據，支持SPI、I²C和MIPI I3C^SM。該元件工作電源電壓為1.7至3.6V，其先進(jìn)先出（FIFO）緩沖器可保存多達128個(gè)測量值。

它內置的模擬集線(xiàn)器可在氣壓計、溫度和兩個(gè)附加模擬輸入之間切換。這些輸入可用作STMicroelectronics的Qvar靜電傳感器，通過(guò)實(shí)施合適的電極，可以實(shí)現諸如漏水檢測或用戶(hù)界面（例如敲擊、按下和滑動(dòng)）等功能。在僅關(guān)注壓力測量的情況下，電流消耗可低至1.8μA。

IIoT應用的傳感器平臺

創(chuàng )新的過(guò)程中需要時(shí)間來(lái)評估可用技術(shù)的實(shí)際性能和局限性。幸運的是，STMicroelectronics STWIN SensorTile無(wú)線(xiàn)工業(yè)節點(diǎn)等傳感器節點(diǎn)簡(jiǎn)化了概念驗證開(kāi)發(fā)階段。它內置了不少于九種傳感技術(shù)，從陀螺儀和運動(dòng)傳感器到磁力計和振動(dòng)傳感器，以及STM32L4R9ZIJ6超低功耗MCU（圖3）。該套件還配備了鋰聚合物（Li-Po）電池、STLink-V3Mini調試器/編程器和塑料保護外殼。 

圖3：STWIN SensorTile內置九種傳感器技術(shù)、藍牙和RS485連接，通過(guò)擴展板還可支持Wi-Fi和LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò )。（圖源：貿澤電子）

在此套件中，藍牙（低功耗）和RS485提供連接，同時(shí)使用可選的Wi-Fi和LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò )擴展板支持無(wú)線(xiàn)接口。結合其優(yōu)化的軟件庫，它很容易內置到基于云的監控解決方案中，以在適當準備的儀表板中顯示測量值和事件檢測。

無(wú)論您在工業(yè)系統和IIoT領(lǐng)域面臨怎樣的環(huán)境傳感挑戰，都不妨看看貿澤分銷(xiāo)的各種傳感技術(shù)產(chǎn)品。如果您需要支持，請與我們聯(lián)系。

作者簡(jiǎn)介

Marcel是貿澤EMEA營(yíng)銷(xiāo)團隊技術(shù)支持，同時(shí)也是技術(shù)內容專(zhuān)家。作為一名物理學(xué)家，他曾在電子特刊雜志擔任編輯一職。在生活中，他不僅會(huì )陪伴兩個(gè)孩子，還喜歡電子產(chǎn)品和書(shū)籍，偶爾會(huì )喝點(diǎn)酒，至今未變。