Интерес к датчикам качества воздуха и обнаружению летучих органических соединений (ЛОС) значительно вырос в последние годы, что обусловлено обеспокоенностью по поводу здоровья и благополучия людей в помещениях. В частности, модели SGP30 и CCS811 зарекомендовали себя в качестве эталонов в проектах домашней автоматизации, домашних метеостанциях, мониторинге окружающей среды и образовательной электронике.
Однако наблюдается существенный дефицит доступной, понятной и по-настоящему полезной информации, которая объясняет, сравнивает и помогает сделать обоснованный выбор между двумя датчиками.
В этой статье мы представляем вам самую полную, достоверную и актуальную информацию о датчиках VOC SGP30 и CCS811. Вы узнаете, как они работают, об их уникальных особенностях, практических применениях, советах по использованию, технических аспектах и подробностях, которые обычно не встречаются в базовых описаниях магазинов. Если вы ищете подробное руководство по максимально эффективному измерению качества воздуха, то это место для вас...
Зачем измерять ЛОС и eCO2 в помещении?
Присутствие ЛОС (летучих органических соединений) в закрытых помещениях часто связано с коврами, мебелью, чистящими средствами, печами, дымом и другими предметами домашнего обихода. Эти вещества, хотя и кажутся безвредными, могут в долгосрочной перспективе оказывать негативное влияние на здоровье человека, вызывая проблемы с дыханием, аллергию или головные боли.
Измерение уровней eCO2 (эквивалент углекислого газа) и TVOC имеет важное значение для принятия решений относительно вентиляции, воздухообмена и повышения комфорта окружающей среды.
Представляем датчики SGP30 и CCS811
SGP30 и CCS811 — это цифровые датчики, способные измерять концентрацию ЛОС и обеспечивать оценку eCO2, что упрощает мониторинг качества воздуха в помещениях в проектах, связанных с электроникой и Интернетом вещей. Обе модели производятся известными компаниями (Sensirion для SGP30 и AMS для CCS811) и совместимы практически с любым современным микроконтроллером благодаря своим цифровым интерфейсам.
- ПГП30: Полностью интегрированный многопиксельный датчик с технологией MOX (оксид металла) и собственным микроконтроллером. Широко используется благодаря своей точности и простоте интеграции.
- CCS811: Цифровой датчик с технологией MOX и оценкой eCO2, широко используемый в системах с низким потреблением и обладающий превосходным соотношением цена/качество.
Эксплуатация и базовая технология
Оба датчика используют технологию МОКС, которая представляет собой небольшой чип, покрытый материалом на основе оксида металла (обычно диоксидом олова). Когда ЛОС, содержащиеся в воздухе, вступают в контакт с активной поверхностью, они изменяют ее электрическое сопротивление, что позволяет сделать вывод о концентрации присутствующих соединений.
SGP30 отличается интеграцией нескольких сенсорных элементов в один корпус. Это дает вам больше возможностей выявлять тенденции и сравнивать качество воздуха более стабильно. С другой стороны, CCS811 использует аналогичный принцип измерения и способен точно возвращать показания TVOC и eCO2, хотя и с некоторыми ограничениями по сравнению с SGP30.
Основные технические характеристики SGP30
- Полностью цифровое, соединение I2C, совместимо с 3.3 В и 5 В.
- Типичная точность измерения составляет 15% при указанных значениях.
- Способен определять концентрации eCO2 от 0 до 60.000 XNUMX ppm.
- Измерение TVOC от 0 до 60.000 XNUMX ppb (частей на миллиард).
- Не требует расширения тактовой частоты I2C, облегчая взаимодействие с базовыми микроконтроллерами.
- Включает внутренний микроконтроллер который управляет подачей, расчетом и компенсацией измерений.
- Позволяет проводить калибровку на основе известных источников, что позволяет получать более надежные значения в долгосрочной перспективе.
- Обеспечивает компенсацию влажности для точной настройки показаний, требующий внешнего датчика относительной влажности.
Важной деталью является то, что измерение eCO2 как в этом датчике, так и в CCS811 представляет собой оценку, основанную в первую очередь на обнаруженной концентрации водорода (H2). То есть это не прямое измерение CO2, а скорее расчетное значение, которое можно использовать для мониторинга экологических тенденций и сравнения их, но оно не подходит для лабораторного использования или точных исследований.
Преимущества и области применения SGP30
- Надежность и стабильность измерений благодаря многосенсорной архитектуре.
- Идеально подходит для контроля качества воздуха в домах, офисах, школьных помещениях, лабораториях и т. д.
- Широко используется в системах домашней автоматизации и самодельных метеостанциях.
- Простая интеграция с такими платформами, как Arduino, ESP32, Raspberry Pi и аналогичными.
- Библиотеки программного обеспечения доступны для большинства языков.
- Включает схему, примеры подключения и поддержку на технических платформах.
Основные различия между SGP30 и CCS811
Хотя оба датчика используют один и тот же базовый принцип, есть некоторые важные различия, которые следует учитывать при выборе того, какой из них использовать в своем проекте:
- SGP30 не требует сигналов расширения тактовой частоты., функция, которая значительно упрощает подключение к микроконтроллерам, не поддерживающим этот тип связи.
- Для обеспечения стабильной связи I811C CCS2 может потребоваться дополнительная аппаратная настройка. используете ли вы базовые доски или минималистичные системы.
- С точки зрения точности оба датчика обеспечивают индикативные, но надежные значения для мониторинга окружающей среды., причем SGP30 немного опережает его по стабильности и простоте калибровки благодаря своему внутреннему микроконтроллеру.
- В обоих случаях эталонное значение eCO2 рассчитывается и не соответствует фактическому измерению CO2. на основе оптических или химических датчиков, специфичных для этого газа.
Диапазоны измерений и калибровки
Оба датчика предоставляют подробные значения TVOC (в частях на миллиард) и eCO2 (в частях на миллион). Типичный диапазон для обоих показателей составляет от 0 до 60.000 1.000, хотя в типичных домашних и офисных условиях значения TVOC часто регистрируются значительно ниже 2 ppb, а значения eCO400 составляют от 2.000 до XNUMX ppm.
Для достижения максимальной точности, особенно при использовании для исследований окружающей среды, важно калибровать датчик с использованием известных источников. Эта калибровка компенсирует небольшие отклонения, связанные с процессом производства и старением датчика.
Интеграция и совместимость проекта
И SGP30, и CCS811 интегрированы в платы разработки популярных брендов, таких как Adafruit, SparkFun и других, что еще больше упрощает их интеграцию в проекты DIY. Обычно они монтируются на небольших печатных платах, которые включают в себя регулятор напряжения и преобразователь логических уровней, что позволяет осуществлять прямое подключение к микроконтроллерам 3.3 В или 5 В.
Для обоих датчиков выбран протокол I2C, обеспечивающий совместимость практически с любой современной платформой. Кроме того, крупные сообщества, окружающие их, гарантируют наличие готовых к использованию библиотек и примеров кода, а также электронных схем и учебных материалов на таких платформах, как GitHub или Fritzing.
Преимущества компенсации влажности
Часто игнорируемым, но весьма важным аспектом является влияние влажности окружающей среды на измерения летучих органических соединений. Для достижения максимально возможной точности SGP30 позволяет устанавливать компенсацию влажности путем отправки значений %RH (относительной влажности) по шине I2C.
Таким образом, если у вас есть дополнительный датчик влажности, вы можете скорректировать измерения и свести к минимуму ошибки, вызванные изменениями в атмосфере.
Ограничения и надлежащие практики использования
Важно помнить, что датчики MOX, хотя и отлично подходят для анализа тенденций и сравнительного анализа, демонстрируют некоторую изменчивость результатов измерений. Поэтому для критически важных применений необходима периодическая калибровка, а если целью является мониторинг качества воздуха на научном или нормативном уровне, следует использовать оптические датчики, специально предназначенные для измерения CO2.
Однако для подавляющего большинства домашних, образовательных и экологических задач и SGP30, и CCS811 предлагают практичное, экономически эффективное и легкодоступное решение. Их энергопотребление минимально, и они могут работать круглосуточно и без выходных с минимальными требованиями к техническому обслуживанию.
Доступная документация и ресурсы
Одной из самых сильных сторон этих датчиков является наличие обширной документации. От руководств по подключению, пошаговых инструкций, примеров на различных языках программирования до таких ресурсов, как Fritzing или EagleCAD для создания собственных печатных плат. Такие бренды, как Adafruit и SparkFun, приложили немало усилий, чтобы сделать экосистему более простой в использовании, предоставляя учебные пособия, форумы поддержки и демонстрационные видеоролики.
Библиотеки, доступные для Arduino, ESP8266, ESP32, MicroPython и т. д., позволяют вам воспользоваться преимуществами датчика практически с первой минуты, предлагая примеры измерения в реальном времени, регистрации данных и графического отображения. Все это позволяет как новичкам, так и экспертам быстро продвигать свои проекты, не тратя слишком много времени на технические настройки.
Для кого рекомендуются эти датчики?
Эти датчики идеально подходят для любителей электроники, производителей, студентов, преподавателей и даже специалистов по охране окружающей среды, которым требуется простое решение для мониторинга тенденций и изменений качества воздуха в помещениях. Они также идеально подходят, если вы хотите интегрировать систему оповещения (например, для управления автоматической вентиляцией), регистрировать данные об окружающей среде, проводить занятия в классе или контролировать атмосферу в офисе.
Благодаря небольшому размеру и простоте использования их можно незаметно установить в любом месте: от электронного блока до корпуса, напечатанного на 3D-принтере. А учитывая их низкую стоимость, можно установить несколько датчиков в разных точках дома, офиса или предприятия, чтобы получить полную карту окружающей среды.
Выбор идеального датчика для вашего проекта
Хотя оба датчика более чем подходят для большинства проектов, выбор наиболее подходящего из них зависит от нескольких факторов:
- Простота и надежность интеграции: SGP30 часто предпочитают в проектах, где требуется максимальная надежность и нежелательны осложнения с I2C.
- Наличие и стоимость: CCS811 пользуется большой популярностью благодаря хорошему соотношению цены и производительности, а также большому количеству совместимых материнских плат, доступных на рынке.
- Требования к точности и калибровке: Если вам нужна максимальная точность и возможность компенсации влияния окружающей среды, то SGP30 выгодно отличается от CCS811.
Оба датчика могут прекрасно сосуществовать в одной системе, используя сильные стороны каждого для проведения сравнительных исследований или перекрестных проверок.
В конечном итоге и SGP30, и CCS811 демократизировали доступ к мониторингу качества воздуха, способствуя реализации проектов, которые не только повышают комфорт, но и могут оказать положительное влияние на здоровье в долгосрочной перспективе. Понимание ее особенностей, ограничений и возможностей является ключом к максимально эффективному использованию, и теперь у вас есть вся необходимая информация для выбора и интеграции наиболее подходящей вам модели.
