Senzor CO2
Zo stránky SensorWiki
Autor: | Gabriel Križan | |
Študijný odbor: | Aplikovaná mechatronika | 1. Ing. (2019) |
Zadanie
Využitím modulov CDM7160-C00 a LCD LCM1602C V2.1 zostavte senzor na meranie koncentrácie CO2 vo vzduchu.
Úlohy
- Nájdite si k senzorom datasheet
- Nájdite si schémy zapojenia modulov CDM7160-C00 a LCD LCM1602C V2.1
- Na základe predošlých vedomostí navrhnite spôsob pripojenia k riadiacej jednotke
- Napíšte základný demonštračný program využívajúci vaše funkcie
- Vymyslite a demonštrujte vhodnú aplikáciu
Komponenty
Na vypracovanie som použil nasledujúce komponenty:
- 1 x CDM7160-C00 Kalibrovaný modul senzoru plynu CO2
- 1 x LCD LCM1602C V2.1
- 1 x Vývojovú dosku ARDUINO UNO REV3
- 1 x USB kábel A-B
- Prepojovacie kábliky
- Software - Arduino IDE
CDM7160-C00 Kalibrovaný modul senzoru plynu CO2, NDIR 300-5000ppm
Senzor funguje na základe NDIR (Non-Dispersive InfraRed) spektrometrie. Meranie koncentrácie CO2 je založené na princípe
absorpcie infračerveného svetla v jednoznačnej a presne určenej vlnovej dĺžke (v prípade CO2 je to 4.26 µm). Túto vlnovú dĺžku
zabezpečuje presný optický filter (pásmová priepust) infračerveného svetla. Ako referenčné meranie slúži vlnová dĺžka mimo
absorpčné pásmo (a aby nedochádzalo k interferenciám s ostatnými zložkami v ovzduší), ktoré je zabezpečené taktiež špeciálnym filtrom.
Miera absorpcie infračerveného svetla je nepriamo úmerná koncentrácii CO2 v ovzduší. Dlhodobú presnosť merania zabezpečuje špeciálny
algoritmus bežiaci na mikrokontroléri senzora, ktorý bol vyvinutý firmou FIGARO ENGINEERING.
Princíp fungovania je znázornený na obrázku.
LCD LCM1602C V2.1
LCD LCM1602C V2.1 je klasický 2 riadkový a 16 charakterový LCD displej so zabudovaným ovládačom SPLC780D (alebo ekvivalentným).
ARDUINO UNO REV3
Jedná sa o vývojovú dosku s mikroprocesorom ATmga328P s 32KB Flash pamäte, 1 KB EEPROM, 2KB SRAM pamäte. Dosku je možné programovať pomocou Arduino IDE.
Analýza
Na realizáciu meracieho zariadenia, ktorá bude merať koncentráciu CO2 vzduchu som použil senzorový modul CDM7160-C00 a LCD displej. Na komunikáciu medzi ARDUINO UNO a CDM7160-C00 som využíval zbernicu I2C a na prerušenie pin D2.
Zbernica I2C
I2C je dvojvodičová obojsmerná sériová zbernica používajúca vodiče SCL (serial clock) a SDA (serial data), oba vodiče prenášajú informácie medzi pripojenými zariadeniami. Každé zariadenie je rozpoznané na základe jedinečnej adresy a preto zbernica I2C nevyžaduje signál CS (chip select). Linky SDA aj SCL sú pripojené na napájacie napätie pomocou tzv. pullup rezistorov, ktoré zabezpečujú prácu liniek v obidvoch smeroch.
Komunikácia medzi zariadeniami je typu master - slave. Master je zariadenie ktoré inicializuje prenos dát po zbernici (začína a končí dátový prenos generovaním štart bitu a stop bitu), generuje časový signál, vysiela adresu podriadeného zariadenia. Slave odpovedá iba v prípade, že rozpoznal svoju adresu. Začiatok alebo koniec prenosu je definovaný prechodom dátovej linky z vysokej na nízku úroveň (štart bit) alebo z nízkej na vysokú úroveň (stop bit) kým hodinový signál je na vysokej úrovni. Po štart bite považujú všetky zariadenia zbernicu za zaneprázdnenú. Po príchode stop bitu čakajú zariadenia istý čas a potom považujú zbernicu za voľnú. Každé zariadenie má jedinečnú 7 (alebo 10) bitovú adresu. Programovateľná časť adresy umožňuje použiť na danej zbernici viacero rovnakých zariadení.
Pri prenose nie je počet dátových bitov prenesených medzi START a STOP z vysielača do prijímača obmedzený. Každý dátový bajt (8bitov) je nasledovaný jedným potvrdzovacím bitom ACK (A). ACK predstavuje log. 0 (nulu) vloženú na zbernicu prijímačom, spojenú s potvrdzovacím hodinovým impulzom. Prijímač, ktorý je adresovaný, musí generovať ACK po prijatí každého bajtu.
V mojom projekte je doska ARDUINO UNO master a senzor CDM7160-C00 je podriadený (slave). Master môže z podriadeného zariadenia údaje čítať alebo naň údaje zapisovať. Prenos údajov môže začať iba Master zariadenie.
V tejto časti popíšete ako idete daný problém riešiť. Uvediete sem aj všetky potrebné technické údaje, ktoré sú potrebné na úspešné vyriešenie projektu. Napríklad:
- popis komunikačnej zbernice (i2c, 1-wire, RS-232 a pod.)
- obrázok zapojenia vývodov použitej súčiastky
- odkaz na katalógový list
- priebehy dôležitých signálov
- este jedna polozka
Popis riešenia
Sem opíšete ako konkrétne ste problém vyriešili. Začnite popisom pripojenia k procesoru (nezabudnite na schému zapojenia!) a zdôraznite ktoré jeho periférie ste pritom využili.
Pozn.: Názov obrázku musí byť jedinečný, uvedomte si, že Obr1.jpg už pred vami skúsilo nahrať už aspoň 10 študentov.
![](/sensorwiki/images/thumb/3/31/MojObrazok.jpg/250px-MojObrazok.jpg)
Algoritmus a program
Uveďte stručný popis algoritmu, v akom jazyku a verzii vývojového prostredia ste ho vytvorili. Je vhodné nakresliť aspoň hrubú štruktúru programu napríklad vo forme vývojového diagramu. Rozsiahly program pre lepšiu prehľadnosť rozdeľte do viacerých súborov.
Vyberte podstatné časti zdrojového kódu, použite na to prostredie source:
/* A nezabudnite zdroják hojne komentovať */
int main(void) {
printf("Hello, World!\n");
return(0);
}
Nezabudnite však nahrať aj kompletné zdrojové kódy vášho programu!
Zdrojový kód: serial.h a main.c
Overenie
Nezabudnite napísať čosi ako užívateľský návod. Z neho by malo byť jasné čo program robí, ako sa prejavuje a aké má užívateľské rozhranie (čo treba stlačiť, čo sa kde zobrazuje). Ak ste namerali nejaké signály, sem s nimi. Ak je výsledkom nejaký údaj na displeji, odfotografujte ho.
Literatúra:
- http://chillelife.com/ir-spectroscopy/
- https://webbook.nist.gov
- https://www.sos.sk/products/figaro/cdm7160-c00-304480
- https://en.wikipedia.org/wiki/Nondispersive_infrared_sensor
- https://sk.wikipedia.org/wiki/Spektroskopia
- https://www.figaro.co.jp/en/product/feature/cdm7160.html
- https://www.geotherm.sk/rekuperacna-jednotka/vetranie-meranie-co2/
- https://www.atpjournal.sk/buxus/docs/dokumenty/kniznica_dokumentov/atp_journal_2010_obsahy_cisiel_pdf/08_2010/_08_2010_Analyza_koncentracie.pdf
- https://sk.wikipedia.org/wiki/Arduino
- https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/UM10204.pdf
- http://www.uamt.fei.stuba.sk/kega/data/mikroradice_KEGA/mpt_p9.pdf