MEMS数字H2S传感器
JED106-001
产品说明
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一、产品描述
数字型气体传感器是一款低功耗,小型化传感器。采用半导体气体传感器和高性能微处理器相结合,用于检测环境中的气体浓度。灵敏度高,小巧精密,采用I2C 数字信号输出方式,方便用户使用和调试,大大缩短了用户的设计开发周期。可广泛应用于环境安全,便携仪器等诸多领域。
二、传感器特点
本产品采用MEMS工艺,结构坚固,抗震性好,具有尺寸小,低功耗,灵敏度高等优点。
三、主要应用
适用于便携仪器、医疗卫生等领域检测H2S含量。
四、产品说明
4.1 性能参数
工作电压(VCC) | 3.3V | 工作电流 | ≤25mA |
最大加热功率 | 30mW | 加热电压(VDD) | 1.4V |
输出方式 | I2C 从机模式 | 默认地址 | 0x54 |
I2C 速率 | 10-100kbps | 上拉电阻 | 需外置上拉电阻 |
预热时间 | 30s | 响应时间 | ≤60S |
典型精度 (25℃/50%RH) | 20% 读数 | 测量量程 | 0-3ppm |
4.2 管脚定义图
1 | VCC | 5 | NC |
2 | NC | 6 | NC |
3 | SDA | 7 | GND |
4 | SCL | 8 | VDD(加热电压) |
4.3 基本电路
俯视时,芯片上小孔在右上方
4.4 编带尺寸
五、传感器特性描述
六、IIC 通讯协议
(1) 总线描述
IIC协议是一个特殊总线信号协议。由start(开始信号)、stop(结束信号)、二进制数据等三部分组成,如下图。开始时,SCL 高,SDA下降沿。之后,发送从机地址。在7 位的地址位之后,是控制读写位,选择读写操作。当从机识别到与其对应的地址信息后,将向主机发送一个应答信号,在第9 个时钟周期拉低SDA。在停止时,SCL 保持高电平,SDA 上升沿
(2) 典型信号模拟
(3) 从机地址
地址字节格式:高7位为模块地址,最低位为读/写操作,1代表读。
A7 | A6 | A5 | A4 | A3 | A2 | A1 | R/W |
0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
(4) 硬件连接
(5) 数据接口
电源引脚(VCC GND):供电电压范围为3.3V
串行时钟输入(SCL):SCL 引脚为 IIC 通信时钟线。
串行数据(SDA):SDA 引脚为 IIC 数据线,用于读、写数据。
(6) 数据帧格式
读取:
0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
0X54 | 0XA1 | 0x55 | DATA(高位) | DATA(低位) |
从机地址(含读写位) | 读取命令 | 从机地址(含读写位) | 气体浓度高八位 | 气体浓度低八位 |
说明:读取出来的数据为当前气体浓度。浓度值计算公式:气体浓度=DATA(高位)*256+DATA(低位)
校零:
0 | 1 | 3 | 4 |
0X54 | 0X32 | DATA(高位) | DATA(低位) |
从机地址(含读写位) | 写入命令 | 气体浓度高八位 | 气体浓度低八位 |
说明:写入的数据为传感器在通风环境空气中的数值,写入后对示数校零。写入后,再读取一次确认是否校零成功。
七、使用方法
该传感器上电后需要预热,时长30秒左右。预热完成后,进入正常工作状态。接入I2C总线,主机发送读命令后进入读取状态,传感器会立即返回一个16位数据值,该数据表示当前检测的气体浓度值,浓度值计算公式:气体浓度=DATA(高位)*256+DATA(低位)。
下图是一次I2C 通信过程的读取时序:起始信号 start,发送从机地址 0x54,接收到从机应答信号 ACK, 发送读命令 0xA1,接收到从机应答信号ACK;起始信号 start,发送从机地址 0x55,接收到从机应答信号ACK,读取气体浓度高字节,发送到从机应答信号ACK, 读取气体浓度低字节,结束信号Stop。
八、注意事项
(1) 预热时间
在不通电情况下长时间贮存,其传感器电阻会产生可逆性漂移,使用前需进行预热以达到其传感器内部的化学平衡,贮存时间及对应的预热时间建议如下:
贮存时间 | 建议预热时间 |
1 个月以下 | 不低于24 小时 |
1 - 6 个月 | 不低于48 小时 |
6 个月以上 | 不低于72 小时 |
(2) 必须避免的情况
①暴露于可挥发性硅化合物蒸汽中
要避免暴露于硅粘接剂、发胶、硅橡胶、腻子或其它存在可挥发性硅化合物的场所。如果表面吸附了硅化合物蒸汽,传感器的敏感材料会被硅化合物分解形成的二氧化硅包裹,抑制传感器的敏感性,并且不可恢复。
②高腐蚀性的环境
暴露在高浓度的腐蚀性气体(如H2S,SOX, Cl2, HCl 等)中,不仅会引起加热材料及传感器引线的腐蚀或破坏,并会引起敏感材料性能发生不可逆的劣变。
③碱、碱金属盐、卤素的污染
该传感器被碱金属尤其是盐水喷雾污染后,或暴露在卤素如H2S中,也会引起性能劣变。
④接触到水
溅上水或浸到水中会造成该传感器敏感特性下降。
⑤结冰
水在传感器敏感材料表面结冰会导致敏感层碎裂而丧失敏感特性。
⑥施加电压
由过载电压引起的过载加热功率会对传感器造成不可逆的损害,同时静电也会损坏设备,所以在接触设备时要采取防静电措施。
(3) 尽可能避免的情况
①凝结水
在室内使用条件下,轻微凝结水对传感器性能会产生轻微影响。但是,如果水凝结在敏感层表面并保持一段时间,传感器特性则会下降。
②处于高浓度气体中
无论是否通电,在高浓度气体中长期放置,均会影响其特性。如用打火机气直接喷向该传感器,会对其造成极大损害。
长期暴露在极端环境中无论是否通电,长时间暴露在极端条件下,如高湿、高温或高污染等极端条件,传感器性能将受到严重影响。
③振动
频繁、过度振动会导致该传感器内部产生共振而断裂。在运输途中及组装线上使用气动改锥/超声波焊接机会产生此类振动。
④冲击
如果传感器受到强烈冲击或碰撞会导致其内部断裂。
⑤焊接
a. 回流焊接建议条件中性气氛;焊接温度250±10℃; 避免助焊剂蒸汽。
b. 手工焊接建议条件含氯最少的松香助焊剂;焊接温度≤350℃;持续时间≤3s。
n 注:违反以上使用条件将使该传感器特性下降。
附录:主机IIC程序
(1)读取浓度:
static uint16_t IIC_Read_Byte(u8 reg)
{
uint8_t rec_data;
I2C_Start();
I2C_SendByte(0x54);
I2C_WaitAck();
I2C_SendByte(0xe1);
I2C_WaitAck();
I2C_Start();
I2C_SendByte(0x55);
I2C_WaitAck();
rec_data = I2C_RecvByte();
rec_data16=rec_data;
I2C_SendACK(0);
rec_data = I2C_RecvByte();
rec_data16=rec_data16<<8|rec_data;
I2C_Stop();
return rec_data16;
}
/*起始信号*/
u8 I2C_Start(void)
{
SDA1H;
I2C_delay();
SCL1H;
I2C_delay();
if(!SDAread)
return 0;
SDA1L;
I2C_delay();
if(SDAread)
return 0;
SCL1L;
I2C_delay();
return 1;
}
/*发送一个字节*/
void I2C_SendByte(u8 SendByte) //数据从高位到低位//
{
u8 i=8;
SCL1L;
for (i=0; i<8; i++) //8位计数器
{
if(SendByte&0x80)//SDA准备
SDA1H;
else
SDA1L;
SCL1H; //拉高时钟,给从机采样
I2C_delay(); //延时保持IIC时钟频率,也是给从机采样有充足时间
SCL1L; //拉低时钟,给SDA准备
I2C_delay(); //延时保持IIC时钟频率
SendByte<<=1; //移出数据的最高位
}
}
/*等待ACK*/
u8 I2C_WaitAck(void) //返回为:=1有ACK,=0无ACK
{
uint16_t i=0;
SDA1H; //释放SDA
SCL1H; //SCL拉高进行采样
while(SDAread)//等待SDA拉低
{
i++; //等待计数
if(i==1000)//超时跳出循环
break;
}
if(SDAread)//再次判断SDA是否拉低
{
SCL1L;
return 0;//从机应答失败,返回0
}
I2C_delay();//延时保证时钟频率低于40K,
SCL1L;
I2C_delay(); //延时保证时钟频率低于40K,
return 1;//从机应答成功,返回1
}
/*接受八位数据*/
u8 I2C_RecvByte(void) //数据从高位到低位//
{
u8 i=8;
u8 ReceiveByte=0;
SDA1H; //释放SDA,给从机使用
I2C_delay(); //延时给从机准备SDA时间
for (i=0; i<8; i++) //8位计数器
{
ReceiveByte <<= 1;
SCL1H; //拉高时钟线,采样从机SDA
if(SDAread) //读数据
ReceiveByte |=0x01;
I2C_delay(); //延时保持IIC时钟频率
SCL1L; //拉低时钟线,处理接收到的数据
I2C_delay(); //延时给从机准备SDA时间
}
return ReceiveByte;
}
/*结束信号*/
void I2C_Stop(void)
{
SCL1L;
I2C_delay();
SDA1L;
I2C_delay();
SCL1H;
I2C_delay();
SDA1H;
I2C_delay();
}
/*IIC等待延时*/
void I2C_delay(void)
{
int x=5;
u8 i=100;
x=i*x;
while(x--);
}
void I2C_SendACK(u8 i)
{
if(i==1)
SDA1H;
else
SDA1L;
SCL1H;
I2C_delay();
SCL1L;
I2C_delay();
}