Zájem o senzory kvality ovzduší a detekci těkavých organických látek (VOC) v posledních letech výrazně vzrostl, a to v důsledku obav o zdraví a pohodu ve vnitřním prostředí. Konkrétně se modely SGP30 a CCS811 etablovaly jako měřítkové prvky v projektech domácí automatizace, domácích meteorologických stanicích, monitorování životního prostředí a vzdělávací elektronice.
Chybí však přístupné, jasné a skutečně užitečné informace, které by vysvětlovaly, porovnávaly a pomáhaly vám informovaně se rozhodnout mezi těmito dvěma senzory.
V tomto článku vám přinášíme nejkomplexnější, nejspolehlivější a nejaktuálnější informace o senzorech VOC SGP30 a CCS811. Zjistíte, jak fungují, jaké jsou jejich jedinečné vlastnosti, praktické využití, tipy k použití, technické aspekty a podrobnosti, které obvykle nenajdete v základních popisech obchodů. Pokud hledáte podrobného průvodce, jak co nejlépe využít měření kvality ovzduší, jste na správném místě...
Proč měřit VOC a eCO2 v interiéru?
Přítomnost těkavých organických sloučenin (VOC) v uzavřených prostředích je často spojována s koberci, nábytkem, čisticími prostředky, kamny, kouřem a dalšími předměty v domácnosti. Tyto látky, ačkoli se zdají být neškodné, mohou dlouhodobě ovlivnit zdraví lidí a způsobit dýchací potíže, alergie nebo bolesti hlavy.
Měření úrovní eCO2 (ekvivalent oxidu uhličitého) a TVOC je nezbytné pro rozhodování o větrání, obnově vzduchu a zlepšení komfortu prostředí.
Představujeme senzory SGP30 a CCS811
SGP30 a CCS811 jsou digitální senzory schopné měřit koncentrace VOC a poskytovat odhad eCO2, což usnadňuje monitorování kvality vnitřního ovzduší v elektronických a IoT projektech. Oba modely vyrábějí známé společnosti (Sensirion pro SGP30 a AMS pro CCS811) a díky svým digitálním rozhraním jsou kompatibilní s prakticky jakýmkoli moderním mikrokontrolérem.
- SGP30: Plně integrovaný vícepixelový senzor s technologií MOX (oxid kovu) a vlastním mikrokontrolérem. Široce používaný pro svou přesnost a snadnou integraci.
- CCS811: Digitální senzor s technologií MOX a odhadem eCO2, široce používaný v systémech s nízkou spotřebou a s vynikajícím poměrem kvalita/cena.
Provoz a základní technologie
Oba senzory využívají technologii MOX, která se skládá z malého čipu potaženého oxidem kovu (obvykle oxidem cínu). Když těkavé organické sloučeniny (VOC) ve vzduchu přijdou do kontaktu s aktivním povrchem, změní jeho elektrický odpor, což umožňuje odvodit koncentraci přítomných sloučenin.
SGP30 vyniká integrací více senzorových prvků do jednoho pouzdra. Díky tomu máte větší schopnost identifikovat trendy a stabilnějším způsobem porovnávat kvalitu ovzduší. CCS811 na druhou stranu používá podobný princip měření a je schopen přesně vracet hodnoty TVOC a eCO2, i když s určitými omezeními ve srovnání s SGP30.
Klíčové technické vlastnosti SGP30
- Plně digitální I2C připojení, kompatibilní s 3.3 V a 5 V.
- Typická přesnost měření 15 % při uvedených hodnotách.
- Schopný detekovat koncentrace eCO2 od 0 do 60.000 XNUMX ppm.
- Měření TVOC od 0 do 60.000 XNUMX ppb (částí na miliardu).
- Nevyžaduje protahování hodin I2C, což usnadňuje komunikaci se základními mikrokontroléry.
- Obsahuje interní mikrokontrolér který řídí podávání, výpočet a kompenzaci měření.
- Umožňuje kalibraci na základě známých zdrojů, což umožňuje získat spolehlivější hodnoty v dlouhodobém horizontu.
- Poskytuje kompenzaci vlhkosti pro jemné doladění odečtů, což vyžaduje externí senzor relativní vlhkosti.
Důležitým detailem je, že měření eCO2, a to jak v tomto senzoru, tak v CCS811, je odhad založený především na detekované koncentraci vodíku (H2). To znamená, že se nejedná o přímé měření CO2, ale spíše o vypočítanou hodnotu, kterou lze použít k monitorování environmentálních trendů a jejich porovnávání, ale není vhodná pro laboratorní použití ani pro přesný výzkum.
Výhody a použití SGP30
- Spolehlivost a stabilita měření díky multisenzorové architektuře.
- Ideální pro monitorování kvality ovzduší v domácnostech, kancelářích, školních kabinách, laboratořích atd.
- Široce používán v systémech domácí automatizace a meteorologických stanicích pro kutily.
- Snadná integrace s platformami jako Arduino, ESP32, Raspberry Pi a podobnými.
- Softwarové knihovny dostupné pro většinu jazyků.
- Zahrnuje schéma, příklady zapojení a podporu na technických platformách.
Klíčové rozdíly mezi SGP30 a CCS811
Přestože oba senzory sdílejí stejný základní princip, existují určité důležité rozdíly, které je třeba mít na paměti při výběru toho, který z nich implementovat do vašeho projektu:
- SGP30 nevyžaduje signály pro protahování hodin., což je funkce, která výrazně zjednodušuje propojení s mikrokontroléry, které tento typ komunikace nepodporují.
- CCS811 může vyžadovat určité dodatečné hardwarové aspekty pro zajištění stabilní komunikace I2C. ať už používáte základní desky nebo minimalistické systémy.
- Co se týče přesnosti, oba senzory nabízejí orientační, ale spolehlivé hodnoty pro monitorování životního prostředí., přičemž SGP30 je o něco napřed ve stabilitě a snadné kalibraci díky svému internímu mikrokontroléru.
- V obou případech se referenční hodnota eCO2 vypočítává a neodpovídá skutečnému měření CO2. na základě optických nebo chemických senzorů specifických pro tento plyn.
Rozsahy měření a kalibrace
Oba senzory poskytují podrobné hodnoty TVOC (v částech na miliardu) a eCO2 (v částech na milion). Typický rozsah pro oba je mezi 0 a 60.000 1.000, ačkoli v typickém domácím a kancelářském prostředí jsou hodnoty TVOC často zaznamenávány hluboko pod 2 400 ppb a hodnoty eCO2.000 se pohybují mezi XNUMX a XNUMX XNUMX ppm.
Pro dosažení maximální přesnosti, zejména při použití pro environmentální studie, je nezbytné kalibrovat senzor pomocí známých zdrojů. Tato kalibrace kompenzuje malé odchylky spojené s výrobním procesem a stárnutím senzoru.
Integrace a kompatibilita projektů
Jak SGP30, tak CCS811 byly integrovány do vývojových desek od populárních značek, jako jsou Adafruit, SparkFun a další, což ještě více usnadňuje jejich integraci do DIY projektů. Obvykle se montují na malé desky plošných spojů, které obsahují regulátor napětí a převodník logických úrovní, což umožňuje přímé připojení k mikrokontrolérům 3.3 V nebo 5 V.
Pro oba senzory je zvolen protokol I2C, což zajišťuje kompatibilitu s téměř jakoukoli současnou platformou. Velké komunity, které je obklopují, navíc zaručují knihovny a příklady kódu připravené k použití, stejně jako elektronická schémata a výukové zdroje na platformách jako GitHub nebo Fritzing.
Výhody kompenzace vlhkosti
Často přehlíženým, ale velmi důležitým aspektem je vliv okolní vlhkosti na měření těkavých organických sloučenin. Pro dosažení co nejvyšší přesnosti umožňuje SGP30 nastavení kompenzace vlhkosti odesláním hodnot %RH (relativní vlhkosti) přes sběrnici I2C.
Tímto způsobem, pokud máte další senzor vlhkosti, můžete upravit měření a minimalizovat chyby způsobené změnami v atmosféře.
Omezení a správné postupy používání
Je důležité si uvědomit, že senzory MOX, ačkoli jsou vynikající pro sledování trendů a benchmarking, vykazují určitou variabilitu v měřeních. Proto je pro kritické použití nutná pravidelná kalibrace a pokud je cílem monitorovat kvalitu ovzduší na vědecké nebo regulační úrovni, musí být použity optické senzory speciálně určené pro měření CO2.
Pro drtivou většinu domácích, vzdělávacích a environmentálních aplikací však SGP30 i CCS811 nabízejí praktické, cenově výhodné a snadno dostupné řešení. Jejich spotřeba energie je minimální a mohou fungovat 24 hodin denně, 7 dní v týdnu s minimálními nároky na údržbu.
Dostupná dokumentace a zdroje
Jednou z velkých silných stránek těchto senzorů je rozsáhlá dostupná dokumentace. Od průvodců zapojením, podrobných manuálů, příkladů v různých programovacích jazycích až po zdroje jako Fritzing nebo EagleCAD pro tvorbu vlastních desek plošných spojů. Značky jako Adafruit a SparkFun usilovně pracovaly na tom, aby byl ekosystém snadnější k použití, a poskytovaly návody, podpůrná fóra a demonstrační videa.
Knihovny dostupné pro Arduino, ESP8266, ESP32, MicroPython atd. vám umožňují využívat senzor prakticky od první minuty, s příklady měření v reálném čase, záznamu dat a grafického zobrazení. To vše umožňuje začátečníkům i expertům rychle rozvíjet své projekty, aniž by museli investovat nadměrný čas do technických konfigurací.
Pro koho jsou tyto senzory doporučeny?
Tyto senzory jsou ideální pro nadšence do elektroniky, výrobce, studenty, učitele a dokonce i pro profesionály v oblasti environmentálního inženýrství, kteří hledají jednoduché řešení pro sledování trendů a změn v kvalitě vnitřního ovzduší. Jsou také ideální, pokud chcete integrovat výstražný systém (například pro ovládání automatické ventilace), zaznamenávat data o prostředí, provádět studie ve třídě nebo monitorovat atmosféru v kanceláři.
Díky svým malým rozměrům a snadnému použití je lze diskrétně instalovat kamkoli, od elektronické krabičky až po 3D tištěnou skříň. A vzhledem k jejich nízké ceně je možné instalovat několik senzorů na různých místech v domě, kanceláři nebo firmě, abyste získali kompletní mapu prostředí.
Výběr ideálního senzoru pro váš projekt
Přestože oba senzory jsou pro většinu projektů více než dostačující, výběr toho nejvhodnějšího závisí na několika faktorech:
- Snadnost a robustnost integrace: SGP30 je často preferován v projektech, kde je vyžadována maximální spolehlivost a nejsou žádoucí komplikace s I2C.
- Dostupnost a cena: CCS811 je velmi oblíbená díky dobrému poměru ceny a výkonu a velkému počtu kompatibilních základních desek dostupných na trhu.
- Potřeby přesnosti a kalibrace: Pokud hledáte maximální přesnost a schopnost kompenzovat vlivy prostředí, SGP30 vyniká nad CCS811.
Oba senzory mohou dokonale koexistovat ve stejném systému a využívat silné stránky každého z nich k provádění srovnávacích studií nebo křížových validací.
V konečném důsledku jak SGP30, tak CCS811 demokratizovaly přístup k monitorování kvality ovzduší a usnadnily projekty, které nejen zlepšují komfort, ale mohou mít také pozitivní dopad na dlouhodobé zdraví. Pochopení jeho funkcí, omezení a možností je klíčem k jeho maximálnímu využití a nyní máte všechny informace potřebné k výběru a integraci modelu, který vám nejlépe vyhovuje.
