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品走入人們的世界，但是在科技進步與技術改革的背后，環境保護逐漸地進入人們的視線，工廠的自動化生產，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呢？答案就是本期的主題，來自IDT的一款室外空氣質量傳感器評估套件ZMOD4510-EVK。

簡單的來說一下IDT，IDT公司主要致力于為推動全球網絡智能信息包處理提供專用通信集成電路產品。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是瑞薩半導體的產品方案。

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

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量監測。根據美國環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量。

相較于其他的空氣質量檢測設備來說瑞薩ZMOD4510-EVK有著更加明顯的優勢，首先由于使用混合金屬氧化物技術，配合MEMS實現小體積，單芯片的空氣質量檢測方案，經過15年的可靠性測試，傳感器依然穩定運行。混合金屬氧化物技術還帶了靈敏度的提升和避免了環境硅氧烷的污染。瑞薩ZMOD4510出廠時均經過精密且嚴謹的校準，每個傳感器均由規定濃度的二氧化氮進行校準，即使是不同批次的產品也擁有穩定一致的性能。

下面我來開始進行ZMOD4510-EVK室外空氣質量傳感器套件的實物介紹，想要自己動手DIY的空氣質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部套件的每個部分，最下面的網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的網站。

第二頁向我們描述了整套的硬件連接以及FTDI驅動的安裝以及把USB線插上。

第三頁告訴我們在網頁下載到的軟件中，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 室外空氣質量傳感器套件進行采集空氣質量的數據。

總的來說，簡單的四頁紙已經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量的采樣，這也是得益于MEMS（微機電系統）的發展，將復雜的空氣質量評估系統封裝在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。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境，電源的供應部分從1.7V到3.6V寬電壓輸入，無需在系統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。

K2用來選擇內部供電還是外部供電。

R19用調整內部供電的電壓值，調整范圍1.7V至3.6V。

D3則是內部供電的狀態指示燈。

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。

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可調的LDO，USB通信這是使用FT2232可編程的USB轉串行接口的成熟方案。剩下幾顆IC則是轉換電壓用的Level shift電平轉換芯片。

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

打開idt.com/ZMOD4510-EVK的網站下載相關的文檔以及軟件。

按照手冊進行軟件環境的搭建。

需要注意解壓縮的路徑，整套軟件是基于Python實現的，IDT將Python的程序進行打包，變成可以執行的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境，ZMOD4510 – Outdoor Air Quality。點擊OK。

選擇OK后，就會打開軟件環境點擊Start sensor準備開始采集數據。

這時會彈出一個對話框用于指定所采集數據保存的文件。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量，但是軟件相對來說可調整的部分比較少，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據。并且會同步在下面的數軸上進行描點的表示，形成趨勢方便分析。

比如筆者所在的環境，數值變化不大，空氣質量指數在100左右。

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

總結：

本期的ZMOD4510-EVK室外空氣質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，將復雜的空氣質量評估方案集成在3*3毫米的封裝內，為空氣質量評估設備帶來小型化、易實現的成熟方案。集成的評估模塊與軟件可以使開發人員快速了解ZMOD4510的性能以及實現。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官方網站進行了解。
責任編輯:pj