如何使用AVNET Azure Sphere套件

描述

介紹

本教程展示了如何使用 AVNET Azure Sphere 套件來：

• 從 CCS811 傳感器讀取空氣質(zhì)量數(shù)據(jù) (CO2/VOC)
• 從 BME280 傳感器讀取溫度和濕度
• 使用 PCA9685 控制器控制 RGB LED 二極管

這些 I2C 模塊沒有用于 Azure Sphere 的公共軟件驅(qū)動程序，因此我們將開發(fā)基于 Arduino 庫的庫。

作為將所有東西組裝在一起的一部分，我們將構(gòu)建自己的 microBUS 兼容空氣質(zhì)量模塊。

我們會將數(shù)據(jù)發(fā)送到 Azure Cloud。無論如何，我不會詳細(xì)介紹如何設(shè)置 Azure Sphere 設(shè)備并將其與 Azure IoT Central 連接，因為這里已經(jīng)有很棒的教程可供遵循：

*將 Azure Sphere 連接到 Azure IoT Central

* Azure Sphere 和 Mikroe 空氣質(zhì)量發(fā)送到 IoT Central

最后但并非最不重要的一點 - 我們會將整個項目放在適合嬰兒的情況下.. :)

1. 組件

我對廉價的 I2C arudino 模塊有一些經(jīng)驗，所以我想用 Azure Sphere 板試試它們。對于室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備，我將使用 CCS811 傳感器和 BME280 傳感器。為了控制 RGB LED 模塊，我將使用 PCA9685 控制器。LED 指示燈將是顯示實際室內(nèi)空氣質(zhì)量水平的簡便方法。將有3個級別。

1.1 CCS811傳感器模塊

CCS811 是一種超低功耗數(shù)字氣體傳感器解決方案，集成了金屬氧化物 (MOX) 氣體傳感器，可通過微控制器單元 (MCU) 檢測各種揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC)，用于室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測，其中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和 I2C 接口。

CCS811 支持智能算法處理原始傳感器測量值，以輸出等效的總 VOC (eTVOC) 和等效的 CO2 (eCO2) 值，其中 VOC 的主要原因來自人類。

eCO2 CCS811 的等效 CO2 (eCO2) 輸出范圍為 400ppm 至 29206ppm。CCS811 的等效總揮發(fā)性有機(jī)化合物 (eTVOC) 輸出范圍為 0ppb 至 32768ppb。

CCS811支持溫濕度變化補(bǔ)償。對于溫度和濕度檢測，我們將使用 BME280 傳感器模塊。

更多信息：CCS811 數(shù)據(jù)表

我們可以在 eBay 上購買的廉價分線模塊看起來像這樣：

CCS811傳感器模塊

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連接到 Azure Sphere 很簡單：

• 傳感器 I2C SDA <------> mikroBUS I2C SDA
• 傳感器 I2C SCL <------> mikroBUS I2C SCL
• 傳感器 GND <------> mikroBUS GND
• 傳感器 WAK <------> mikroBUS GND [CCS811 傳感器將始終開啟]
• 傳感器 VCC <------> mikroBUS 3.3V

1.2 BME280傳感器模塊

BME280 是一款組合式數(shù)字溫度、濕度和氣壓傳感器。它同時提供 I2C 和 SPI 接口。

• 溫度范圍：-40 至 +85°C
• 濕度范圍：0% 至 100% 相對值。濕度
• 壓力范圍：300hPa 至 1100hPa

更多信息：BME 數(shù)據(jù)表

便宜的分線模塊，你可以在 eBay 上買到，看起來像這樣：

BME280 傳感器模塊

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連接到 Azure Sphere 很簡單：

• 傳感器 I2C SDA <------> mikroBUS I2C SDA
• 傳感器 I2C SCL <------> mikroBUS I2C SCL
• 傳感器 GND <------> mikroBUS GND
• 傳感器 VCC<------> mikroBUS 3.3V

1.3 PCA9685控制器模塊

PCA9685 是一款 I2C 總線控制的 16 通道 LED 控制器，針對紅/綠/藍(lán)/琥珀色 (RGBA) 彩色背光應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。每個 LED 輸出都有自己的 12 位分辨率（4096 級）固定頻率獨立 PWM 控制器，以可編程頻率運行，典型頻率為 24 Hz 至 1526 Hz，占空比可在 0 % 至 100 % 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以允許LED 被設(shè)置為特定的亮度值。所有輸出都設(shè)置為相同的 PWM 頻率。每個 LED 輸出都可以關(guān)閉或打開（無 PWM 控制）或設(shè)置為其單獨的 PWM 控制器值。

更多信息：PCA9685 數(shù)據(jù)表

可以在 eBay 或 Aliexpress 上購買的廉價分線模塊如下所示：

PCA9685控制器模塊

?

• 傳感器 I2C SDA <------> mikroBUS I2C SDA
• 傳感器 I2C SCL <------> mikroBUS I2C SCL
• 傳感器 GND <------> mikroBUS GND
• 傳感器 VCC <------> mikroBUS 3.3V
• 傳感器 V+ <------> mikroBUS 3.3V

1.4 RGB LED模組

模組采用5050全彩超高亮LED，并帶有限流電阻，防止燒毀LED。LED驅(qū)動方式可以：共陰極（-）驅(qū)動或共陽極（+）驅(qū)動。

帶共陰極 (-) 的 RGB LED 模組

?

您可以在此處找到有關(guān)使用共陰極/共陽極 RGB LED 的更多信息。

1.5 自制mikroBUS空氣質(zhì)量模塊

好的，我可以直接用杜邦線將 I2C 模塊與 Azure Sphere 連接起來，但是如何制作自己的“mikroBUS”板呢？我們是黑客，所以讓我們來吧。我只需要通用 PCB、單排公頭易斷排針、電線、焊錫絲和烙鐵。

MicroBUS 引出線：

mikroBUS 引出線

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焊接很容易，我只是用分線模塊連接了 SDA、SCL、+3.3V 和 GND。我還將 GND 連接到 CCS811 的 WAK 引腳。務(wù)必打磨右下角以獲得正確的模塊方向。

結(jié)果：

黑客的mikroBUS類模塊

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1.5 組裝

對于住房，我將使用宜家的兒童燈。

宜家 DR?MHEM 壁燈

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我用螺絲固定電路板，但你也可以使用扎帶或膠水。結(jié)果看起來像這樣：

里面

?

我們將附加到“窗口”區(qū)域內(nèi)的 RGB LED 模塊。

2. 軟件

這些 I2C 模塊沒有適用于 Azure Sphere 的公共軟件驅(qū)動程序，因此我必須開發(fā)庫。首先，為了了解傳感器的工作原理，我研究了規(guī)格表。但為什么要從零開始重新發(fā)現(xiàn)一切?。?/font>我可以基于 Arduino 庫為 CCS811/BME280/PCA9685 創(chuàng)建自己的庫。

bool ccs811_begin(void);

uint8_t ccs811_readData(void);

uint16_t ccs811_geteCO2(void);

uint16_t ccs811_geteTVOC(void);

void css811_setEnvironmentalData(double humidity, double temperature);

bool bme280_begin(void);

double bme280_readTemperature(void);
double bme280_readPressure(void);
double bme280_readHumidity(void);

void pca9685_begin(void);

void pca9685_setPWM(uint8_t num, uint16_t on, uint16_t off);

snprintf(pjsonBuffer, JSON_BUFFER_SIZE, "{"temperature": "%.2f", "pressure": "%.2f", "humidity": "%.2f", "eco2": "%d", "etvoc": "%d"}", temperature, pressure, humidity, eCO2, eTVOC);

/* LED color based on eCO2 */
airQuality = geteCO2();
if (airQuality > 0 && airQuality < 800) {
// blue
GPIO_SetValue(userLedRedFd, GPIO_Value_High);
GPIO_SetValue(userLedGreenFd, GPIO_Value_High);
GPIO_SetValue(userLedBlueFd, GPIO_Value_Low);
pca9685_setPWM(0, 0, 4095); // red off
pca9685_setPWM(1, 0, 4095); // green off
pca9685_setPWM(2, 0, 0); // blue on (common anode)
}
else if (airQuality >= 800 && airQuality < 1200) {
// green
GPIO_SetValue(userLedRedFd, GPIO_Value_High);
GPIO_SetValue(userLedGreenFd, GPIO_Value_Low);
GPIO_SetValue(userLedBlueFd, GPIO_Value_High);
pca9685_setPWM(0, 0, 4095); // red off
pca9685_setPWM(1, 0, 0); // green on (common anode)
pca9685_setPWM(2, 0, 4095); // blue off
}
else if (airQuality >= 1200) {
// red
GPIO_SetValue(userLedRedFd, GPIO_Value_Low);
GPIO_SetValue(userLedGreenFd, GPIO_Value_High);
GPIO_SetValue(userLedBlueFd, GPIO_Value_High);
pca9685_setPWM(0, 0, 0); // red (common anode)
pca9685_setPWM(1, 0, 4095); // green
pca9685_setPWM(2, 0, 4095); // blue
}
else {
GPIO_SetValue(userLedRedFd, GPIO_Value_High);
GPIO_SetValue(userLedGreenFd, GPIO_Value_High);
GPIO_SetValue(userLedBlueFd, GPIO_Value_High);
// no measurement yet
pca9685_setPWM(0, 0, 4095); // red off
pca9685_setPWM(1, 0, 4095); // green off
pca9685_setPWM(2, 0, 4095); // blue off
}