隨著科技的進步，人們的生活日新月異，近乎每天都會有不同的科技產(chǎn)品走入人們的世界，但是在科技進步與技術改革的背后，環(huán)境保護逐漸地進入人們的視線，工廠的自動化生產(chǎn)，汽車的尾氣排放，化石燃料的燃燒，無時無刻不在影響著我們的生活。如南極的臭氧空洞，大城市的霧霾無一不在向我們預示著空氣的重要性。空氣的質(zhì)量與我們的生活息息相關，而作為一個工程師該怎樣去了解室外空氣的狀態(tài)呢？答案就是本期的主題，來自IDT的一款室外空氣質(zhì)量傳感器評估套件ZMOD4510-EVK。

簡單的來說一下IDT，IDT公司主要致力于為推動全球網(wǎng)絡智能信息包處理提供專用通信集成電路產(chǎn)品。2019 年 3 月30日，瑞薩電子完成了對IDT的收購，基于兩家公司互補的產(chǎn)品線開始進行布局，打造更全面的應用解決方案。因此，ZMOD4510-EVK是瑞薩半導體的產(chǎn)品方案。

ZMOD4510-EVK室外空氣質(zhì)量評估套件是為瑞薩ZMOD4510室外空氣質(zhì)量傳感器模塊而搭建的評估套件，ZMOD5410室外空氣質(zhì)量傳感器可以用于反饋空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）。其主要的原理是通過室外空氣流經(jīng)傳感器后，通過特定的微機電系統(tǒng)將空氣的質(zhì)量反饋成電阻，再通過相應的算法計算出當前環(huán)境下的空氣質(zhì)量，過程中主要應用了最新的混合金屬氧化物技術來實現(xiàn)氣到電轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)對微氣體的快速并準確的檢測，配合MEMS（微機電系統(tǒng)）形成單芯片，高靈敏度，高穩(wěn)定性的空氣質(zhì)量傳感器。

使用USB連接線于電腦相連接，就可以在Windows PC的軟件端上輕松獲得室外空氣的質(zhì)量監(jiān)測。根據(jù)美國環(huán)境保護署的標準化室外空氣評級標準，將傳感器測量出的氮氧化物（NOx）和臭氧（O3）的測量濃度與標準進行比較，即可以得出當前的室外空氣質(zhì)量。

相較于其他的空氣質(zhì)量檢測設備來說瑞薩ZMOD4510-EVK有著更加明顯的優(yōu)勢，首先由于使用混合金屬氧化物技術，配合MEMS實現(xiàn)小體積，單芯片的空氣質(zhì)量檢測方案，經(jīng)過15年的可靠性測試，傳感器依然穩(wěn)定運行。混合金屬氧化物技術還帶了靈敏度的提升和避免了環(huán)境硅氧烷的污染。瑞薩ZMOD4510出廠時均經(jīng)過精密且嚴謹?shù)男剩總€傳感器均由規(guī)定濃度的二氧化氮進行校準，即使是不同批次的產(chǎn)品也擁有穩(wěn)定一致的性能。

下面我來開始進行ZMOD4510-EVK室外空氣質(zhì)量傳感器套件的實物介紹，想要自己動手DIY的空氣質(zhì)量相關設備的小伙伴可需要看仔細了！

首先是外包裝，采用抽出式的打開方法，正面的文字描述了內(nèi)部套件的每個部分，最下面的網(wǎng)頁地址是關于這個模塊的資料。

外包裝就先告一段落，打開我們的套件，首先映入眼簾的是兩張說明書。

首先的一張是ZMOD4510-EVK 室外空氣質(zhì)量傳感器套件的快速開始指南。一共有四頁，這樣比較方便我們認知平臺。在第一頁中，向我們提供的信息是相關的軟件以及文檔的下載地址，在idt.com/ZMOD4510-EVK的網(wǎng)站。

第二頁向我們描述了整套的硬件連接以及FTDI驅(qū)動的安裝以及把USB線插上。

第三頁告訴我們在網(wǎng)頁下載到的軟件中，我們需要選擇相應的模塊，這次的就是 ZMOD4510-Outdoor Air Quality。

第四頁是軟件部分的具體界面以及使用ZMOD4510-EVK 室外空氣質(zhì)量傳感器套件進行采集空氣質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

總的來說，簡單的四頁紙已經(jīng)包含整個套件的使用過程，可謂是簡單明了。在idt.com/ZMOD4510-EVK的網(wǎng)站還有一份更為詳細的套件使用文檔，如果對于使用有疑惑的小伙伴可以通過這份文檔進行了解！

該是正主ZMOD4510-EVK室外空氣質(zhì)量傳感器的套件登場的時候了。由三部分組成，一根Micro USB線（長度2米以上），一塊Gas sensor ZMOD4510傳感器板，以及一塊HiCom V3.0的連接板，整體的思路就是通過將傳感器板插在HiCom連接板上，在通過USB線與電腦主機相連接，這樣就完成了整個評估套件的搭建。

下面我們來簡單的看下板卡的組成結構。那么我們來看Sensor板，Gas sensor ZMOD4510傳感器板的結構十分簡單，主要的器件只有3個，ZMOD4510傳感器，一顆去耦電容，一個防呆的牛角座接插件。

也正是這樣簡單的套件居然可以完成空氣質(zhì)量的采樣，這也是得益于MEMS（微機電系統(tǒng)）的發(fā)展，將復雜的空氣質(zhì)量評估系統(tǒng)封裝在3.0 × 3.0 × 0.7 mm這樣小結構里。14PIN的接口定義如下，使用到的只有1，5，6，7，10，14一共有6根pin，分別對應的電源VDD，GND，以及I2C接口的SCL和SDA，另外兩個分別用于中斷的INT和復位的RES_N。

同樣的，接口的PIN也基本等于ZMOD4510芯片的管腳數(shù)。芯片上一共12根管腳。除了接口上的定義的，基本上都是電源和地。接口真的是非常的簡單，迷你的尺寸，簡單的結構，大大降低了對空氣質(zhì)量測量的復雜度，即便是一名新手工程師也能十分容易的基于ZMOD4510完成一個空氣質(zhì)量的項目設計。

ZMOD4510的工作溫度在-40°C 至 65°C，基本上涵蓋了大部分場景的工作環(huán)境，電源的供應部分從1.7V到3.6V寬電壓輸入，無需在系統(tǒng)中準備特定的電源供應。3.0*3.0*0.7mm的12-LGA封裝，為設備的小型化帶來可能，結構簡單，測量準確，可以說是空氣質(zhì)量的評估工具中十分不錯的選擇，整體的應用框圖可以看下圖。

目前瑞薩提供兩種型號的器件（ZMOD4510AI1V、ZMOD4510AI1R）購買，區(qū)別只是包裝方式。

接下來介紹HiCom 板，相較于ZMOD4510 Sensor Board來說HiCom board則要復雜一些，不過整體來說也不會令人疑惑，屬于通俗易懂的那種板子。

正面的部分主要是接口和電源的選擇，以及一個測量傳感器模塊耗電的接口。如下圖：

USB線通過X1進行電腦與評估模塊的連接。

D1用于反饋USB電源的狀態(tài)。

K2用來選擇內(nèi)部供電還是外部供電。

R19用調(diào)整內(nèi)部供電的電壓值，調(diào)整范圍1.7V至3.6V。

D3則是內(nèi)部供電的狀態(tài)指示燈。

V ext部分則是外部供電的接口。

K3是從Sensor 接口處延申出來的接口用于與外部控制器相連接。

K1是用來協(xié)助測量傳感器模塊所消耗的電流。

D2 LED用來反饋傳感器的狀態(tài)。

板卡的背面是供電部分和USB通信部分的電路。供電部分使用的是LP38692可調(diào)的LDO，USB通信這是使用FT2232可編程的USB轉(zhuǎn)串行接口的成熟方案。剩下幾顆IC則是轉(zhuǎn)換電壓用的Level shift電平轉(zhuǎn)換芯片。

把板卡連接起來，再與電腦相連。這里筆者用了普通micro UBS數(shù)據(jù)線替換原裝超長線，也是可行的。

打開idt.com/ZMOD4510-EVK的網(wǎng)站下載相關的文檔以及軟件。

按照手冊進行軟件環(huán)境的搭建。

需要注意解壓縮的路徑，整套軟件是基于Python實現(xiàn)的，IDT將Python的程序進行打包，變成可以執(zhí)行的exe文件，如果解壓的路徑有中文路徑，那么就會提示庫缺失無法找到。

我們將壓縮包解壓到純英文的路徑里即可正常啟動程序。

我們選擇當前的評估環(huán)境，ZMOD4510 – Outdoor Air Quality。點擊OK。

選擇OK后，就會打開軟件環(huán)境點擊Start sensor準備開始采集數(shù)據(jù)。

這時會彈出一個對話框用于指定所采集數(shù)據(jù)保存的文件。點擊保存后軟件會自動尋找設備并開始采集。

可以從log框中看見軟件部分已經(jīng)自動找到了ZMOD4510 評估套件。軟件會開始自動采集，可以通過Algorithm Result部分看見當前的空氣質(zhì)量，但是軟件相對來說可調(diào)整的部分比較少，無法指定測量的頻率周期等信息。

隨著測量時間的增加，log上可以看見測量的時間以及數(shù)據(jù)。并且會同步在下面的數(shù)軸上進行描點的表示，形成趨勢方便分析。

比如筆者所在的環(huán)境，數(shù)值變化不大，空氣質(zhì)量指數(shù)在100左右。

對比EPA提供的空氣質(zhì)量指數(shù)水平，筆者所處的空氣質(zhì)量不是很好，后期可能考慮買個空氣凈化器提升下生活品質(zhì)。

總結：

本期的ZMOD4510-EVK室外空氣質(zhì)量傳感器套件測評基本到這里就要結束了，下面再簡單的總結一下吧。ZMOD4510是MEMS技術的結晶，將復雜的空氣質(zhì)量評估方案集成在3*3毫米的封裝內(nèi)，為空氣質(zhì)量評估設備帶來小型化、易實現(xiàn)的成熟方案。集成的評估模塊與軟件可以使開發(fā)人員快速了解ZMOD4510的性能以及實現(xiàn)。為后面的方案設計打下良好的基礎。對ZMOD4510模塊感興趣的話可以訪問idt.com/ZMOD4510-EVK官方網(wǎng)站進行了解。
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