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將電磁流量計集成到空氣質量監測設計中的重要問題

來源:作者:發表時間:2020-04-02 17:39:57

         空氣質量監測正處于十字路口。傳統的解決方案(主要是政府贊助的監測站)既龐大又昂貴,并且通常會分析有限的空氣樣本。同時,家庭和工業空氣監測系統長期使用現有的電磁流量計技術進行環境質量監測和泄漏檢測。

 
        但是,這些電磁流量計具有相對較大的占地面積,并且通常消耗大量功率。他們還缺乏升級所需的處理能力,連接性和安全性,以執行現代物聯網(IoT)和工業物聯網(IIoT)應用程序所必需的升級以執行自我診斷和報告程序。
 
        為了解決這些問題,賽普拉斯半導體,氣體傳感解決方案,IDT,瑞薩和Sensirion等供應商正在涌現出高度集成且靈活的電磁流量計解決方案。這些帶來更高的集成度,處理能力,安全性和連接性,并有望提供更準確的測量結果,以檢測家庭,建筑物,汽車,醫院和工廠的環境變化。
 
        本文將介紹一些**近的示例,并說明它們如何使用預校準的設計和預編譯的固件滿足設計人員的需求。它還將借助參考設計和硬件套件研究校準和存儲功能如何促進不同的傳感器配置。
 
在物聯網電磁流量計中尋找什么
        微機電系統(MEMS)的進步已成為微型,低成本電磁流量計的基本推動者。隨著MEMS技術的進步,傳感器的準確性和可靠性也隨之提高。隨著快速響應時間的到來,這些至關重要的特性決定了電磁流量計監測環境的能力。
 
        但是,盡管基本的氣體傳感技術很重要,但它們并不是傳感器性能的很好決定因素。相反,校準功能的改進為設計人員提供了有關氣體類型,濃度范圍和成本的選擇。固件改進還與校準功??能緊密結合,可幫助設計人員將電磁流量計快速集成到各種IoT應用中。
 
        此外,可以使用帶有預編譯固件的預校準傳感設備將單個芯片上的電磁流量計快速集成到空氣質量監測物聯網設計中。這些緊湊型傳感器采用氣體進行電校準,以確保批次之間的一致性。此外,傳感器設備中的內置非易失性存儲器(NVM)可存儲配置并為其他數據提供空間。
 
        除了預校準之外,預編譯的固件進一步增強了集成度和準確性,同時大大降低了電磁流量計的功耗。預編譯的固件還簡化了總體開發工作,允許設計人員在不更改硬件的情況下添加新的傳感功能,同時允許在部署后進行系統更新。
 
預先校準的電磁流量計
        以IDT的ZMOD4510IA1R電磁流量計模塊為例,該模塊可量化的濃度低至十億分之20(ppb)。它經過優化,可檢測痕量大氣氣體,例如氮氧化物(NOx)和臭氧(O 3),這是造成不健康的室外空氣質量的兩個主要原因。數字電磁流量計旨在根據美國環境保護署(EPA)的空氣質量指數(AQI)監控室外空氣質量。傳感器模塊的尺寸為3.0毫米x 3.0毫米x 0.7毫米(mm),包括一個氣體感應元件和一個信號調節IC(圖1)。
ZMOD4510IA1R電磁流量計模塊采用算法來計算室外氣體的濃度。
 
       在ZMOD4510IA1R中,感測元件由硅基MEMS結構上的加熱元件和金屬氧化物(MOx)化學電阻組成。信號調節IC控制傳感器溫度并測量MOx電導率,這是氣體濃度的函數。
 
       除校準功能外,基于成熟的MOx材料的ZMOD4510IA1R還具有高度耐硅氧烷的性能,可確保在惡劣環境下的可靠性。為了更快地原型設計和開發,它是由支撐ZMOD4510-EVK-HC電磁流量計評估套件,其允許電磁流量計模塊經由雙向USB連接到Windows進行試驗和評定® PC。EVK上基于微控制器的模塊控制I²C通信接口,以顯示測得的臭氧和氮氧化物的輸出(圖2)。
 
       IDT的HS300x  系列濕度和溫度傳感器還具有集成的校準和溫度補償邏輯,可通過標準的I 2 C輸出提供完全校正的相對濕度(RH)和溫度值。RH是在給定溫度下水蒸氣分壓與水平衡蒸氣壓之比。
 
       無需用戶對輸出數據進行校準,并且在內部對測量數據進行校正和補償,以在較寬的溫度和濕度范圍內進行精確操作。的HS3001,HS3002,HS3003和HS3004 MEMS傳感器測量3×2.41×0.8毫米,僅在相對濕度和溫度的測量精度方面不同。
 
基于云的空氣監測
       設計人員可以使用電磁流量計通過本地處理數據或通過基于IP連接的基于云的平臺隨時間推移開發洞察力來記錄空氣質量。在這里,硬件套件有助于通過儀表板進行安全的云連接和監視控制。
 
       例如,瑞薩的YSAECLOUD2 AE-Cloud2套件是圍繞該公司的Synergy S5D9微控制器構建的參考設計。它允許開發人員通過W-Fi,蜂窩和其他通信通道將ZMOD4510IA1R電磁流量計和HS3001濕度傳感器等設備連接到云服務。IoT套件還允許開發人員在儀表板上實時可視化傳感器數據。
 
       對于需要使用基于云的平臺監視室內和室外空氣質量的開發人員,有許多可用的替代方法。Digi-Key自己的下一代智能空氣質量監測
 
       具有云功能的電磁流量計平臺將賽普拉斯半導體的PSoC 6  微控制器與Sensirion的氣體和灰塵傳感器結合在一起(圖3)。PSoC 6微控制器提供可編程外設,以與任何Sensirion傳感器接口。
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