用于工业应用中环境监测的传感器

作者：Marcel Consée，贸泽电子专稿时间：2022-07-14 来源：电子产品世界

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人们比以往任何时候都更了解我们的环境对周围事物和我们自己的影响。例如在家工作，有时会在小房间里工作，这时我们就能够敏锐地意识到周遭的空气质量。在这种情况下，二氧化碳（CO₂）传感器可以指导何时打开门窗，以避免头痛、精神功能受损和嗜睡。

本文引用地址：//www.cghlg.com/article/202207/436245.htm

工业过程，尤其是化石燃料的燃烧，会将有害气体和颗粒物（PM）释放到大气中。研究显示，这些气体对于那些患有肺部疾病或其他长期疾病的人来说影响尤为严重。为了解决这个问题，需要准确的测量来帮助确定解决问题的行动计划，并评估这些对策的结果。

近年来，半导体制造商在测量技术方面取得了重大进展，提高了检测挥发性有机化合物（VOC）、颗粒物、气体、相对湿度和温度的能力。此外，这些传感器体积小，功耗低，并且使用寿命长，这使得它们非常适合嵌入到强大的工业物联网（IIoT）解决方案中。

监测二氧化氮和臭氧

世界卫生组织（WHO）对废气排放中的气体［如二氧化氮（NO₂）］以及由化学反应产生的气体［如臭氧（O₃）］进行了区分。NO₂会导致某些呼吸系统疾病，并且在使用内燃机的场景中普遍浓度较高。O₃在大气中会自然形成，保护我们免受有害紫外线的伤害。然而，它在靠近地面的地方被越来越多地测量出来，这会对年轻人、老年人和有呼吸问题的人构成风险。

Mikroe Air Quality 8 Click采用Renesas ZMOD4510预校准数字传感器（图1），为测量此类气体提供了顺畅的途径。Quality 8 Click板专为室内和室外工作而设计，通过其3.3V的I²C接口与主机单片机（MCU）连接。当然，该板可与Mikroe开发板上可用的mikroBUS插座连接，并得到mikroSDK库的完全支持。

图1：Mikroe Air Quality 8 Click可同时检测NO₂和臭氧，同时消耗的功率小于23mW。该板得到了mikroSDK的完全支持。（图源：贸泽电子）

ZMOD4510采用与加热器耦合的硅基微机电系统（MEMS）。它的信号调节电路监控化学电阻，将测量值转换为数字值。其在连续运行中消耗的功率小于23mW，监测可以精确到十亿分之一（ppb）的范围内。它是生成空气质量指数（AQI）和臭氧测量值的理想选择，适用于相对湿度（RH）在5%至90%之间，温度介于−20°C至50°C之间的环境。

密切关注气压和温度

气压传感器可用于检测智能空气过滤器何时达到其使用寿命。它们还内置到气压计中以监测天气状况。由于温度传感是一种相对简单的测量类型，因此气压传感器通常将温度和其他传感选项集成在单个封装中。STMicroelectronics ILPS22QS双满量程压力传感器可当成数字输出气压计使用就属于这种情况（图2）。

图2：ILPS22QS支持绝对气压传感，但也可以测量温度并作为用户界面来工作。（图源：贸泽电子）

该元件采用微型10引脚HLGA、2 × 2 × 0.73mm封装，可根据工作模式进行260至1260或4060hPA的绝对测量。它具有温度补偿功能，每秒提供1到200次的24位输出数据，支持SPI、I²C和MIPI I3C^SM。该元件工作电源电压为1.7至3.6V，其先进先出（FIFO）缓冲器可保存多达128个测量值。

它内置的模拟集线器可在气压计、温度和两个附加模拟输入之间切换。这些输入可用作STMicroelectronics的Qvar静电传感器，通过实施合适的电极，可以实现诸如漏水检测或用户界面（例如敲击、按下和滑动）等功能。在仅关注压力测量的情况下，电流消耗可低至1.8μA。

IIoT应用的传感器平台

创新的过程中需要时间来评估可用技术的实际性能和局限性。幸运的是，STMicroelectronics STWIN SensorTile无线工业节点等传感器节点简化了概念验证开发阶段。它内置了不少于九种传感技术，从陀螺仪和运动传感器到磁力计和振动传感器，以及STM32L4R9ZIJ6超低功耗MCU（图3）。该套件还配备了锂聚合物（Li-Po）电池、STLink-V3Mini调试器/编程器和塑料保护外壳。