【英飞凌XENSIV™ PAS CO2传感器】全面了解传感器

秦天qintian0303

【英飞凌XENSIV™ PAS CO2传感器】全面了解传感器 [复制链接]

产品简介

        英飞凌利用其在传感器和MEMS方面的最先进能力开发了一种创新性的二氧化碳(CO2)传感器。

        通过利用光声光谱(PAS)技术，XENSIV™PAS CO2克服了现有CO2传感器解决方案在尺寸、性能和组装方面的挑战。该传感器采用了非常小型化的模块(14 x 13.8 x 7.5 mm3)，比NDIR同类传感器小4倍，轻3倍。

        XENSIV™PAS CO2由于其卓越的精度(±30 ppm±3%的读数)提供了高数据质量。这使得XENSIV™PAS CO2成为世界上最小的真正的二氧化碳传感器，实现了这一精度水平。

        XENSIV™PAS CO2包括一个专门的微控制器，它运行先进的补偿算法，提供直接和可靠的真实二氧化碳水平ppm读数。可用的配置选项使该传感器成为市场上最通用的即插即用二氧化碳传感器之一。这些选项包括:专用的ABOC(自动基线偏移校准)、压力补偿、信号报警、采样率和早期测量通知，主要用于功耗管理。

        这种轻松的集成使XENSIV™PAS CO2适合于建筑自动化、智能家居和空气质量监测的各种应用。在HVAC(采暖、通风和空调)系统中，传感器确保室内空气质量达到最佳水平。此外，通过促进DCV(需求控制通风)，二氧化碳传感可以提高这些系统的能源效率，并大大节省能源费用。由于其占地面积小，XENSIV™PAS CO2也是智能家电和物联网设备的理想选择，如空气净化器、恒温器、智能照明系统、空气质量监测器和智能扬声器。

 

主要特点：

        外形小巧(14 x 13.8 x 7.5 mm3)；

        三种接口选择:UART, I2C, PWM；

        精度高(±30 ppm±3%的读数)和健壮的性能；

        先进的补偿和自校准算法；

        各种配置选项；

        工作范围:0 ppm至32000 ppm；

        生命周期:10年；

        电源电压:发射器为12.0 V，其他组件为3.3 V；

        平均功耗:通常情况下，每分钟测量一次，30mw

 

工作原理：

        来自红外光源的光脉冲通过专门调谐到CO2吸收波长(λ = 4.2 μm)的光学滤波器。测量室内的二氧化碳分子吸收滤过的光，导致分子抖动，并在每次脉冲时产生压力波。这被称为光声效应。然后，声音被一个专门为低频工作的声波探测器检测到，微控制器将输出转换为CO2浓度读数。为了提供准确的二氧化碳传感信息，吸收室与外部噪声隔音。

        三个基本的构建模块决定了传感器在应用环境中是否表现良好:

            适当的二氧化碳分子扩散通过气体端口;

            选择来自发射器的4.2 μm光;

            传声器只检测到CO2分子激发引起的声压变化;

        建议确保理想的操作:

            与环境条件的适当耦合:二氧化碳分子需要在传感器腔内适当扩散,需要足够大的开口,建议开口至少为14mm × 14mm;CO2浓度不应被困在应用腔腔内,应用腔的背容积应为3.89 cm3 (1.8 cm × 1.8 cm × 1.2 cm)左右。

            预防措施：

            防止空气直接流动，传感器不应直接放置在气流中，根据流量的不同，应用腔内的压力可能会发生变化，这可能会由于压力的随机变化而引入额外的误差；

            与温度源隔离，在0°C到50°C的工作范围内，XENSIV™PAS CO2传感器在很大程度上补偿了温度的影响。内置的XMC™温度传感器用于这种补偿，但是如果传感器旁边有热源，设备将不会体验到环境温度，而只会考虑单板温度，因此，如果热源影响XMC™的温度测量，补偿方案可能会受到干扰，在理想的工作条件下，建议传感器保持与相邻热源隔离；

            与振动隔离，PAS技术的探测器是一个MEMS传声器，它可以量化气体腔内的微小压力变化，低频振动可能会产生类似的压力变化，传感器可能会将这种微小的压力变化视为真实的二氧化碳浓度变化；建议确保传感器与直接振动源保持隔离，如果不可能确保隔振，建议首先识别振动源，并以这样一种方式定位传感器，使振动来自传感器的x方向，在连续模式和快速采样率操作时，建议启用降噪滤波器(逐步反应IIR)，这将进一步减少振动的影响；

            隔绝阳光，如果传感器暴露在阳光下，它可能会升温并产生温度梯度。这种温度梯度可能会阻碍传感器的适当温度补偿，因此建议将传感器与阳光隔离；

            非凝结状态，该装置只能用于无冷凝操作。电路附近的积水可能会对传感器造成不可挽回的损害。

        图解理想的操作：

工作框图：

        XENSIV™PAS CO2传感器模块PCB集成了PAS传感器、微控制器和MOSFET。PAS换能器包括一个具有黑体辐射的专利红外发射器，它被MOSFET周期性地截断，一个调谐到CO2波长的窄带光学滤波器和英飞凌的MEMS麦克风，它作为一个压力传感器，并优化为低频工作。

引脚定义

 

XENSIV™ PAS CO2 mini-board描述和应用提示：

    特点：

        使用标准2.54 mm引脚头轻松连接到应用板。在评估阶段不需要进行再流过程；

        访问产品的所有信号和功能；

        兼容组合PCB布局，支持回流组件，供以后使用；

        兼容XENSIV™PAS CO2 Sensor2Go工具包，方便实验室评估；

        注意传感器上边白色圆片是防尘罩，最好不要揭开。

mini板引脚定义：

 

数据手册详细了解(本文以IIC接口做为重点介绍，也支持串口和PWM，请自行去数据手册中查找):

1.时序特征:

 

        由上图可以看出，需要上电一段时间后才能够继续测量，测量过程需要满足时序要求。    

2.功耗

        这里需要注意12V供电的峰值电流，尤其使用升压电路的设计，需要考虑前级的功率。

3.IIC接口

        本次选用的IIC接口，并以此为例进行简单的介绍。

 

 

        数据格式：

        在使用引脚模拟IIC时要注意时序要满足时间。

        注意：由于I2C总线系统的布线和配置，SCL和SDA信号线上的端口驱动程序需要在开漏模式下工作。这些线路的高电平必须由一个外部上拉设备保持，在100kbits /s的速度下大约10 kOhm，在400kbits /s的速度下大约2 kOhm。

        本设备IIC接口的主要特点：

            只能是从机；

            IIC时钟频率:100khz和400khz(实际上模拟时候并不确定具体的频率);

            7位从地址:0x28；

            No CRC；

            支持8位寻址模式(7位地址+读写);

            支持批量读写(设备自动增加地址);

            不支持地址0x00;

 

4.应用电路举例

        在此配置下，设备将以空闲运行模式启动。PWM_DIS引脚上存在内部拉升。

5.工作模式

        利用位域可以通过串行通信接口对其工作模式进行编程MEAS_CFG.OP_MODE。

        传感器模块支持三种工作模式:

            空闲模式:设备不执行任何二氧化碳浓度测量。设备一直处于非活动状态，直到它在回到非活动状态之前很快变为活动状态，以便为中断提供服务。

            连续模式:在连续模式下，设备周期性触发CO2浓度测量序列。一旦一个测量序列完成，设备回到非活动状态，并自动唤醒进行下一个测量序列。测量周期可编程从5秒到4095秒。

            单发模式:在单发模式下，设备触发一次测量序列。在测量序列结束时，设备自动回到空闲模式。

6.数据处理

        一旦获得了二氧化碳浓度数据，就可以应用几种后处理方案来利用不同的功能。

1)压力补偿

        传感器获得的CO2浓度值取决于外部大气压力。为了补偿这种影响，应用系统可以通过写入特定寄存器(即PRESSREF_H和PRESSREF_L)来提供大气压力值。在测量序列结束时，该装置读取压力值并在将其存储到结果寄存器之前对CO2浓度值进行补偿。

2)自动基线偏移校正

        为了纠正设备运行过程中由于老化引起的慢漂移，设备支持自动基线偏移补偿。设备每周运行，计算一个偏移量来校正设备的基线。该装置必须与参考浓度(如新鲜空气在。400 ppm CO2浓度)每周至少30分钟，以确保适当的基线补偿。设备支持不同的补偿配置。ABOC的设定值只能设置在350 ~1500 ppm之间。

        使用不频繁的话，这个应该基本就用不到，出厂都有校准。

3)强制补偿

        强制补偿提供了一种加速补偿过程的方法。在强制补偿启用之前，设备应暴露在参考CO2浓度的物理环境中。该装置将使用接下来的3个测量来计算补偿偏移量。用户应确保在此期间持续暴露在参考二氧化碳浓度下。在执行强制补偿方案时，建议每10秒进行一次测量。当完成3个测量序列时，设备自动重新配置，将新计算的偏移量应用于后续的CO2浓度测量结果。

4)报警阈值

        该设备可以通过中断配置，以便每次获得新的CO2浓度数据时执行告警阈值检查。在每个测量序列的末尾，计算出的CO2值(在所有适用的偏移补偿之后)与ALARM_TH_H和ALARM_TH_L中的报警值进行比较。如果超过阈值，则置位MEAS_STS.ALARM。这也将引脚INT设置为活动级别，因为配置为警报。通过读取寄存器MEAS_STS.ALARM_CLR清除MEAS_STS.ALARM。

6.高级功能:监控机制

        该设备支持多种机制来监测传感器的正确操作。

功能描述
机制	描述
传感器就绪状态	每次上电复位后，SENS_STS.SEN_RDY置位以确认传感器已正确初始化。
暂存器	为了检查串行通信接口通信层的完整性，可以使用寄存器SCRATCH_PAD。这个寄存器可以使用这个内存字段写入任何值，并验证设备接收到的数据是否正确。 它也可以用来验证软复位已经执行，使用以下顺序: 1.用户写入一个非默认值来注册SCRATCH_PAD。 2.用户读回寄存器SCRATCH_PAD，以验证写命令已被正确执行。 3.用户写入寄存器SENS_RST触发软复位。 4.用户读取寄存器SCRATCH_PAD以验证它已被重置为默认值。
VDD12V验证	在上电和每个测量序列开始时，设备自动测量VDD12处的电压。如果测量的电压超过设备的规定工作范围，SENS_STS.ORVS置位。然而，测量序列正常完成。SENS_STS.ORVS可以通过设置位SENS_STS.ORVS_CLR来清除。
内部温度验证	在每个测量序列的开始，该设备自动测量其内部温度。如果测量到的温度超出设备规定的工作范围，SENS_STS.ORTMP置位。然而，测量序列正常完成。SENS_STS。ORTMP可以通过设置位SENS_STS.ORTMP_CLR来清除。

        这几个功能可以说是非常有用的，上电或者初始化之后可以验证通信、设备状态能多个功能。

7.寄存器

火辣西米秀

英飞凌的这种XENSIV™ PAS CO2气体传感器，一般那里有专卖，不说淘宝的

秦天qintian0303

火辣西米秀 发表于 2022-11-6 09:58 英飞凌的这种XENSIV™ PAS CO2气体传感器，一般那里有专卖，不说淘宝的

这种传感器还是走正规渠道比较好，可以看一下英飞凌正经的经销商

Bymyself

感谢楼主，很全面

戈壁滩上的辉煌

楼主这是看了多少资料啊？

秦天qintian0303

戈壁滩上的辉煌 发表于 2022-11-18 14:43 楼主这是看了多少资料啊？

就是官方推荐那些资料，翻译出来好用

秦天qintian0303

Bymyself 发表于 2022-11-18 13:55 感谢楼主，很全面

共同学习，希望大家能有用