用于工業(yè)應(yīng)用中環(huán)境監(jiān)測的傳感器

人們比以往任何時候都更了解我們的環(huán)境對周圍事物和我們自己的影響。例如在家工作，有時會在小房間里工作，這時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(dǎo)何時打開門窗，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期疾病的人來說影響尤為嚴重。為了解決這個問題，需要準(zhǔn)確的測量來幫助確定解決問題的行動計劃，并評估這些對策的結(jié)果。

近年來，半導(dǎo)體制造商在測量技術(shù)方面取得了重大進展，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，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(jiān)測二氧化氮和臭氧

世界衛(wèi)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(yīng)產(chǎn)生的氣體［如臭氧（O₃）］進行了區(qū)分。NO₂會導(dǎo)致某些呼吸系統(tǒng)疾病，并且在使用內(nèi)燃機的場景中普遍濃度較高。O₃在大氣中會自然形成，保護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量出來，這會對年輕人、老年人和有呼吸問題的人構(gòu)成風(fēng)險。

Mikroe Air Quality 8 Click采用Renesas ZMOD4510預(yù)校準(zhǔn)數(shù)字傳感器（圖1），為測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，通過其3.3V的I²C接口與主機單片機（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可同時檢測NO₂和臭氧，同時消耗的功率小于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電系統(tǒng)（MEMS）。它的信號調(diào)節(jié)電路監(jiān)控化學(xué)電阻，將測量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。其在連續(xù)運行中消耗的功率小于23mW，監(jiān)測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濾器何時達到其使用壽命。它們還內(nèi)置到氣壓計中以監(jiān)測天氣狀況。由于溫度傳感是一種相對簡單的測量類型，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(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，其先進先出（FIFO）緩沖器可保存多達128個測量值。

它內(nèi)置的模擬集線器可在氣壓計、溫度和兩個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，通過實施合適的電極，可以實現(xiàn)諸如漏水檢測或用戶界面（例如敲擊、按下和滑動）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(yīng)用的傳感器平臺

創(chuàng)新的過程中需要時間來評估可用技術(shù)的實際性能和局限性。幸運的是，STMicroelectronics STWIN SensorTile無線工業(yè)節(jié)點等傳感器節(jié)點簡化了概念驗證開發(fā)階段。它內(nèi)置了不少于九種傳感技術(shù)，從陀螺儀和運動傳感器到磁力計和振動傳感器，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/編程器和塑料保護外殼。 

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

在此套件中，藍牙（低功耗）和RS485提供連接，同時使用可選的Wi-Fi和LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)擴展板支持無線接口。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量值和事件檢測。

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，請與我們聯(lián)系。

作者簡介

Marcel是貿(mào)澤EMEA營銷團隊技術(shù)支持，同時也是技術(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，他不僅會陪伴兩個孩子，還喜歡電子產(chǎn)品和書籍，偶爾會喝點酒，至今未變。