人們比以往任何時(shí)候都更了解我們的環(huán)境對(duì)周圍事物和我們自己的影響。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(shí)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(dǎo)何時(shí)打開門窗，以避免頭痛、精神功能受損和嗜睡。

工業(yè)過程，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(duì)于那些患有肺部疾病或其他長期疾病的人來說影響尤為嚴(yán)重。為了解決這個(gè)問題，需要準(zhǔn)確的測(cè)量來幫助確定解決問題的行動(dòng)計(jì)劃，并評(píng)估這些對(duì)策的結(jié)果。

近年來，半導(dǎo)體制造商在測(cè)量技術(shù)方面取得了重大進(jìn)展，提高了檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）、顆粒物、氣體、相對(duì)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，這使得它們非常適合嵌入到強(qiáng)大的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）解決方案中。

監(jiān)測(cè)二氧化氮和臭氧

世界衛(wèi)生組織（WHO）對(duì)廢氣排放中的氣體［如二氧化氮（NO₂）］以及由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體［如臭氧（O₃）］進(jìn)行了區(qū)分。NO₂會(huì)導(dǎo)致某些呼吸系統(tǒng)疾病，并且在使用內(nèi)燃機(jī)的場景中普遍濃度較高。O₃在大氣中會(huì)自然形成，保護(hù)我們免受有害紫外線的傷害。然而，它在靠近地面的地方被越來越多地測(cè)量出來，這會(huì)對(duì)年輕人、老年人和有呼吸問題的人構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。

Mikroe Air Quality 8 Click采用Renesas ZMOD4510預(yù)校準(zhǔn)數(shù)字傳感器（圖1），為測(cè)量此類氣體提供了順暢的途徑。Quality 8 Click板專為室內(nèi)和室外工作而設(shè)計(jì)，通過其3.3V的I²C接口與主機(jī)單片機(jī)（MCU）連接。當(dāng)然，該板可與Mikroe開發(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(cè)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(mào)澤電子）

ZMOD4510采用與加熱器耦合的硅基微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）。它的信號(hào)調(diào)節(jié)電路監(jiān)控化學(xué)電阻，將測(cè)量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。其在連續(xù)運(yùn)行中消耗的功率小于23mW，監(jiān)測(cè)可以精確到十億分之一（ppb）的范圍內(nèi)。它是生成空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）和臭氧測(cè)量值的理想選擇，適用于相對(duì)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(cè)智能空氣過濾器何時(shí)達(dá)到其使用壽命。它們還內(nèi)置到氣壓計(jì)中以監(jiān)測(cè)天氣狀況。由于溫度傳感是一種相對(duì)簡單的測(cè)量類型，因此氣壓傳感器通常將溫度和其他傳感選項(xiàng)集成在單個(gè)封裝中。STMicroelectronics ILPS22QS雙滿量程壓力傳感器可當(dāng)成數(shù)字輸出氣壓計(jì)使用就屬于這種情況（圖2）。 

圖2：ILPS22QS支持絕對(duì)氣壓傳感，但也可以測(cè)量溫度并作為用戶界面來工作。（圖源：貿(mào)澤電子）

該元件采用微型10引腳HLGA、2 × 2 × 0.73mm封裝，可根據(jù)工作模式進(jìn)行260至1260或4060hPA的絕對(duì)測(cè)量。它具有溫度補(bǔ)償功能，每秒提供1到200次的24位輸出數(shù)據(jù)，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(dá)128個(gè)測(cè)量值。

它內(nèi)置的模擬集線器可在氣壓計(jì)、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，通過實(shí)施合適的電極，可以實(shí)現(xiàn)諸如漏水檢測(cè)或用戶界面（例如敲擊、按下和滑動(dòng)）等功能。在僅關(guān)注壓力測(cè)量的情況下，電流消耗可低至1.8μA。

IIoT應(yīng)用的傳感器平臺(tái)

創(chuàng)新的過程中需要時(shí)間來評(píng)估可用技術(shù)的實(shí)際性能和局限性。幸運(yùn)的是，STMicroelectronics STWIN SensorTile無線工業(yè)節(jié)點(diǎn)等傳感器節(jié)點(diǎn)簡化了概念驗(yàn)證開發(fā)階段。它內(nèi)置了不少于九種傳感技術(shù)，從陀螺儀和運(yùn)動(dòng)傳感器到磁力計(jì)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(diào)試器/編程器和塑料保護(hù)外殼。 

圖3：STWIN SensorTile內(nèi)置九種傳感器技術(shù)、藍(lán)牙和RS485連接，通過擴(kuò)展板還可支持Wi-Fi和LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)。（圖源：貿(mào)澤電子）

在此套件中，藍(lán)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(kuò)展板支持無線接口。結(jié)合其優(yōu)化的軟件庫，它很容易內(nèi)置到基于云的監(jiān)控解決方案中，以在適當(dāng)準(zhǔn)備的儀表板中顯示測(cè)量值和事件檢測(cè)。

無論您在工業(yè)系統(tǒng)和IIoT領(lǐng)域面臨怎樣的環(huán)境傳感挑戰(zhàn)，都不妨看看貿(mào)澤分銷的各種傳感技術(shù)產(chǎn)品。如果您需要支持，請(qǐng)與我們聯(lián)系。

作者簡介

Marcel是貿(mào)澤EMEA營銷團(tuán)隊(duì)技術(shù)支持，同時(shí)也是技術(shù)內(nèi)容專家。作為一名物理學(xué)家，他曾在電子特刊雜志擔(dān)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)品和書籍，偶爾會(huì)喝點(diǎn)酒，至今未變。