Θέλεις να φτιάξεις έναν προσωπικό ανιχνευτή ποιότητας αέρα που να σου δείχνει αν το υπνοδωμάτιό σου, το εργαστήριό σου ή ο χώρος εργασίας σου έχει επαρκή αερισμό; Εγκατέστησε το περιβαλλοντικό αισθητήριο BME680 σε μια πλακέτα Arduino και παρακολούθησε κάθε πτυχή του εσωτερικού περιβάλλοντός σου.

Ο BME680 της Bosch είναι ένας ολοκληρωμένος «4‑σε‑1» περιβαλλοντικός αισθητήρας που μετρά θερμοκρασία, υγρασία, ατμοσφαιρική πίεση και ποιότητα αέρα (VOC gas), σε εξαιρετικά μικρό μέγεθος και με πολύ χαμηλή κατανάλωση, ιδανικός για IoT και φορητές εφαρμογές.

Ο Περιβαλλοντικός Αισθητήρας BME680

Στην καρδιά της μονάδας βρίσκεται ο αισθητήρας επόμενης γενιάς BME680, κατασκευασμένος από τη Bosch. Αυτός ο μικρός αισθητήρας, όπως αναφέραμε παραπάνω, έχει τη δυνατότητα μέτρησης της θερμοκρασίας, υγρασίας, βαρομετρικής πίεσης και ύπαρξη αερίων VOC (πτητικές οργανικές ενώσεις).

Για την μέτρηση της ποιότητας του αέρα, περιλαμβάνει έναν μικρό αισθητήρα MOx (metal-oxide). Το θερμαινόμενο μεταλλικό οξείδιο αλλάζει την αντίστασή του ανάλογα με την παρουσία VOCs στον αέρα, έτσι μπορεί να ανιχνεύει αέρια και αλκοόλες όπως αιθανόλη, αλκοόλη και μονοξείδιο του άνθρακα.

Όπως οι περισσότεροι αισθητήρες αερίων, είναι ευαίσθητος σε πολλά διαφορετικά αέρια και αλκοόλες, αλλά δεν μπορεί να διακρίνει ποια είναι ποια. Προσφέρει μία μόνο τιμή αντίστασης, που αντιστοιχεί στο συνολικό περιεχόμενο VOC. Συνεπώς, είναι προτιμότερος για μέτρηση μεταβολών σε γνωστή συγκέντρωση αερίου, παρά για αναγνώριση του είδους του αερίου.

Όπως και ο BME280, αυτός ο ακριβής αισθητήρας μετρά:

• Υγρασία με ακρίβεια ±3%
• Βαρομετρική πίεση με ακρίβεια ±1 hPa
• Θερμοκρασία με ακρίβεια ±1,0°C

Οι μετρήσεις πίεσης είναι τόσο ακριβείς που μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως υψομετρητής με ακρίβεια ±1 μέτρο.

Πλήρεις Τεχνικές Προδιαγραφές

• Θερμοκρασία: -40°C έως 85°C
• Υγρασία: 0 έως 100% RH (±3%)
• Πίεση: 300Pa έως 1100 hPa (±1 hPa)
• Υψόμετρο: 0 έως 30.000 ft (9,2 km) με ±1 m ακρίβεια

Για περισσότερες λεπτομέρειες, μπορείς να ανατρέξεις στο δελτίο τεχνικών χαρακτηριστικών (Datasheet) του BME680.

Τι είναι οι Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOCs)

Οι πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) εκπέμπονται ως αέρια από διάφορα προϊόντα που χρησιμοποιούμε για την κατασκευή και συντήρηση των σπιτιών μας (όπως αποσμητικά χώρου, καθαριστικά, καλλυντικά, καύσιμα, βενζίνη, χρώματα, βερνίκια, χαλιά, επενδύσεις βινυλίου κ.ά.). Οι VOCs περιλαμβάνουν πολλά χημικά, μερικά από τα οποία μπορεί να έχουν βραχυπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στην υγεία.

Κοινά παραδείγματα VOCs που υπάρχουν στην καθημερινότητά μας είναι: βενζόλιο, αιθυλενογλυκόλη, φορμαλδεΰδη, μεθυλενοχλωρίδιο, τετραχλωροαιθυλένιο, τολουόλιο, ξυλόλιο και 1,3-βουταδιένιο.

Απαιτήσεις Ισχύος

Το module διαθέτει ρυθμιστή τάσης XC6206 3.3V υψηλής ακρίβειας και μεταφραστή επιπέδων τάσης, οπότε μπορείς να το χρησιμοποιήσεις με 3.3V ή 5V μικροελεγκτές χωρίς πρόβλημα.

Ο αισθητήρας καταναλώνει λιγότερο από 1mA κατά τη διάρκεια μετρήσεων και μόλις 0.15µA σε λειτουργία ύπνου, γεγονός που τον καθιστά ιδανικό για συσκευές με μπαταρία όπως smartphones, smartwatches ή φορητούς αισθητήρες.

Ψηφιακές Διεπαφές

Ο αισθητήρας μπορεί να επικοινωνεί με τον μικροελεκτή με ένα από τα δυο πρωτόκολλα με I2C ή με SPI. Για την επικοινωνία του BME680 με το πρωτόκολλο Ι2C ή SPI οι ακροδέκτες του αισθητήρα έχουν την ακόλουθη διάταξη:

• VCC τροφοδοσία του αισθητήρα με τάση 5V
• GND σύνδεση με την γείωση της τάσης τροφοδοσίας
• SCL ακροδέκτης παλμών σήματος ρολογιού
• SDA ακροδέκτης δεδομένων
• SDO με χωρίς σύνδεση επιλέγεται η διεύθυνση 0x77 και με σύνδεση στο GND επιλέγεται η διεύθυνση 0x76
• CS με σύνδεση στα VCC ενεργοποιείται ο αισθητήρας.

I2C διεπαφή:
Υποστηρίζει δύο διαφορετικές διευθύνσεις I2C – 0x77 και 0x76. Έτσι μπορείς να χρησιμοποιήσεις δύο BME680 στην ίδια γραμμή ή να αποφύγεις διευθυνσιακές συγκρούσεις με άλλες συσκευές.

Το pin SDO καθορίζει τη διεύθυνση I2C:

• Αν μείνει ασύνδετο, η διεύθυνση είναι 0x77
• Αν συνδεθεί στη γείωση (GND), η διεύθυνση γίνεται 0x76

SPI διεπαφή:
Ο αισθητήρας μπορεί επίσης να επικοινωνεί μέσω SPI, με ταχύτητες έως 10 MHz.

Ενδεικτικά:

• Αν χρειάζεσαι πιο γρήγορες μεταφορές, προτίμησε SPI.
• Αν έχεις περιορισμένα pins, το I2C είναι πιο κατάλληλο.

Πώς λειτουργεί ο αισθητήρας αερίων MEMS BME680

Σε αντίθεση με τους αισθητήρες MQ2 ή MQ3, ο BME680 είναι κατασκευασμένος με τεχνολογία μικρο-ηλεκτρο-μηχανικών συστημάτων (MEMS). Η τεχνολογία αυτή επιτρέπει δραστική μείωση μεγέθους και κατανάλωσης ισχύος, ενώ παράλληλα βελτιώνει τη λειτουργικότητα και την επιλεκτικότητα.

Ένας τυπικός αισθητήρας αερίων MEMS αποτελείται από:

• ένα στρώμα ημιαγωγού μεταλλικού οξειδίου (υλικό ανίχνευσης),
• δύο ή περισσότερα ηλεκτρόδια για τη μέτρηση μεταβολών αντίστασης ή ρεύματος,
• και μία μικροθερμαντική πλάκα για την επίτευξη της κατάλληλης θερμοκρασίας λειτουργίας.

Όταν το στρώμα ημιαγωγού θερμαίνεται, το οξυγόνο προσροφάται στην επιφάνεια.
Σε καθαρό αέρα, τα ηλεκτρόνια από τη ζώνη αγωγιμότητας προσελκύονται από τα μόρια οξυγόνου, δημιουργώντας στρώμα απογύμνωσης ηλεκτρονίων και φράγμα δυναμικού, το οποίο αυξάνει σημαντικά την αντίσταση και περιορίζει τη ροή ρεύματος.

Όταν υπάρχουν αέρια VOCs, η ποσότητα προσροφημένου οξυγόνου μειώνεται, το φράγμα δυναμικού χαμηλώνει και απελευθερώνονται ηλεκτρόνια, επιτρέποντας στο ρεύμα να ρέει ελεύθερα μέσα από τον αισθητήρα.