BME680 датчик температуры, влажности, давления, ЛОВ

BME680 – микросхема, включающая в себя сразу четыре сенсора, и позволяющая измерять давление, температуру, влажность и качество воздуха.

Главными преимуществами BME680 являются:

• четыре встроенных датчика;
• развитая система управления потреблением;
• сверхкомпактные габариты;
• программные алгоритмы BSEC (Bosch Software Environmental Cluster).

Датчик температуры позволяет измерять температуру во всем рабочем диапазоне –40 …+85 °С. Абсолютная точность в диапазоне 0 …+65 °С составляет ±1 °С. Несмотря на 20-битное разрешение встроенного АЦП, на выходе пользователи получают данные с разрешением 0, 01 °С, что связано с уровнем собственных шумов 0,005 °С. Потребление датчика составляет 1 мкА при частоте измерений 1 Гц.

Датчик давления имеет рабочий диапазон 300…1100 кПа с разрешением 0,18 Па. В диапазоне температур 0 …+65 °С сенсор характеризуется абсолютной погрешностью ± 0,6 кПа.

Максимальная частота опроса датчика достигает 182 Гц. При частоте опроса 1 Гц типовое потребление составляет 3,1 мкА.

Не стоит забывать о таком негативном эффекте, как старение, которое для данного сенсора оказывается равным примерно ± 1 кПа в год.

Датчик влажности работает в диапазоне 0…100% с абсолютной точностью ± 3% (температура 0 …+65 °С) и разрешением 0,008%. При частоте опроса 1 Гц максимальное потребление для данного сенсора не превышает 2,8 мкА, а типовое равно 2,1 мкА. Старение для датчика составляет 0,5% в год.

Датчик качества воздуха – главная «изюминка» в рассматриваемом наборе сенсоров. BME680 имеет встроенный металло-оксидный датчик (Metal Oxide Semiconductor) органических летучих веществ (ЛОВ). Это датчик резистивного типа, сопротивление поверхности которого зависит от содержания в воздухе ЛОВ (этанол, ацетон, изопрен, продукты дыхания и т. д). Недостаток таких сенсоров заключается в необходимости дополнительного разогрева чувствительного элемента с помощью специального нагревателя, температура которого достигает нескольких сотен градусов. В частности в BME680 она составляет около 320 °С.

Сопротивление датчика измеряется, оцифровывается 20-битным АЦП и фильтруется. Естественно, что «сырая» информация о сопротивлении не очень удобна для использования. По этой причине Bosch Sensortec предоставляет программные алгоритмы BSEC (Bosch Software Environmental Cluster), которые преобразуют исходные данные в форму, удобную для дальнейшей обработки, а конкретно в баллы качества воздуха IAQ (Indoor air quality). BME680 работает с диапазоном IAQ 0…500 с разрешением 1. По предложенной таблице можно легко принять решение о необходимости проветривания, если речь идет о системе вентиляции, или просто предупредить пользователя, если микросхема BME680 установлена в умных часах или устройствах мониторинга качества воздуха.

 

Качество воздуха	Индекс IAQ	Интерпретация
Хорошее	0...50	Качество воздуха считается удовлетворительным, а загрязнение воздуха представляет незначительный или нулевой риск
Среднее	51...100	Качество воздуха считается приемлемым; Однако, некоторые загрязняющие вещества могут вызывать умеренное беспокойство у небольшого числа людей, которые необычайно чувствительны к загрязнению воздуха.
Нездоровое для людей с повышенной чувствительностью к проблемам здоровья	101...150	Представители чувствительных групп могут испытывать последствия для здоровья. Широкую общественность, скорее всего, это не затронет.
Нездоровое	151...200	Все люди могут начать ощущать воздействие на здоровье; чувствительные люди могут быть подвержены большему воздействию.
Очень нездоровое	201...300	Предупреждения о чрезвычайной опасности для здоровья. Скорее всего, будет затронуто все население.
Опасное для жизни	301...500	Предупреждения об опасности для здоровья: испытывать более серьезные последствия для здоровья может каждый.

 

К сожалению, использование нагревателя приводит к тому, что датчик ЛОВ оказывается самым «прожорливым» среди встроенных сенсоров. Пиковый ток потребления нагревателя достигает 18 мА, а типовой 12 мА. Благодаря наличию режимов пониженного потребления удается значительно сэкономить ресурс батареи. Среднее потребление датчика в режиме «Ultra Low Power» составляет 90 мкА, 0,9 мА в режиме «Low Power» и 12 мА при периодическом опросе. Между собой режимы главным образом отличаются частотой опроса и, соответственно, временем отклика.

Для взаимодействия BME680 с управляющим микроконтроллером используется один из двух доступных интересов I2C или SPI. Выводы питания ядра и портов ввода-вывода разделены: 1,2…3,6 В (VDD) и 1,71…3,6 В (VDDIO).Таким образом, хотя корпус имеет восемь выводов, для минимальной схемы включения будет использоваться только пять из них (если связь осуществляется по I2C).

Технические характеристики BME680:

• Датчик ЛОВ: IAQ 0…500 с разрешением 1, потребление от 0,1 мА;
• Датчик влажности: 0…100 %, точность ±3%, время отклика 8 с;
• Датчик давления: диапазон 300…1100 кПа, точность ± 0,6 кПа;
• Датчик температуры: диапазон измерений –40 … 85 °С, абсолютная точность ±1 °С;
• Потребление: 3,1 мкА температура/ давление при 1 Гц; 3,7 мкА температура/ давление/ влажность; 0,09…12 мА температура/ давление/ влажность/ воздух;
• Потребление в режиме сна: 0,15 мкА;
• Коммуникационные интерфейсы: I2C или SPI;
• Напряжение питания: 1,2…3,6 В (VDD); 1,71…3,6 В (VDDIO);
• Диапазон рабочих температур: –40 … 85 °С;
• Корпус: 8-выводный LGA размером 3,0 x 3,0 x 1 мм.

В нашем случае датчик установлен на печатную плату, которая имеет все необходимые компоненты для полноценной работы датчика - стабилизатор питания на 3,3 вольта и преобразователь логического уровня на полевых транзисторах, благодаря которому возможна беспрепятственная работа с микроконтроллерами с логическим уровнем в 5 вольт.

Распиновка:

• VCC — Питание датчика, 5 вольт;
• GND — Общий;
• SCL — SCL для I2C, SCK для SPI;
• SDA — SDA для I2C, MOSI для SPI;
• SDO — MISO для SPI;
• CS — выбор чипа для связи SPI.

Datasheet (PDF, ENG)