【应用】基于非色散红外设计的T6613型CO2传感器模组在新风机系统便携检测终端中应用

时间： 2019-09-07 来源：世强

技术问答

随着智能楼宇的发展，楼宇内的PM2.5、CO2、TVOC、温湿度等参数成为了楼宇新风系统运行智能化的关键控制参数，尤其是中央型的新风系统，通过对空气质量的检测然后对楼宇内不同房间实现精准的送风换气，不仅可以迅速提升空气质量，对提升新风系统的能效也大有益处；而在中央型新风系统中，由于需要给很多不同的房间进行送风换气，如果对每个房间的空气参数都进行检测，那么所需的检测传感器就会很多，成本也将极大的增加，因此采用少量终端设备对不同的房间进行空气质量检测，根据检测数据控制中央新风主机给对应的房间送风换气以改善房间内的空气质量，这种方案使用少至一套检测传感器即可实现，可以极大的简化中央新风系统各种布线及极大的降低成本。

本文介绍一种使用安费诺的T6613型CO2检测传感器在中央新风系统便携式手持空气质量检测设备中的应用，本手持设备主要用于检测空气中PM2.5、CO2、TVOC、温湿度、甲醛这些空气质量参数，然后将相关的空气检测质量参数通过ZigBee模组传送给中央新风系统主机，实现新风系统对不同的房间的精准送风换气操作，手持终端主要由电源管理、传感器、主控芯片、ZigBee模组几部分组成，系统构成框图如下图1所示。

图1 便携式手持空气质量检测设备系统构成框图

空气中的CO2超过一定含量时会影响人们的呼吸系统，在大自然环境中CO2的正常含量约为0.04%（400PPM），城市中一般在0.05%（500PPM），而在室内没人的情况下，CO2的浓度一般在500~700PPM之间，当CO2浓度达到1000PPM时，人们会感觉到沉闷、注意力降低、心悸的症状，而当CO2浓度达到1500~2000PPM时会使得人们感觉到气喘、头痛、眩晕等症状。

综合以上标准，考虑到本便携式检测终端是用于室内场合，因此在对CO2传感器进行选型的时候，需要首先考虑传感器的量程、检测精度（一般情况下，量程大的相对检测精度会低一些），因此在本应用中CO2传感器的量程只需达到2000PPM就可以，检测精度方面需要传感器在400~1500PPM范围内有较高的检测精度；另外在本手持设备还需要考虑传感器的功耗、尺寸、接口连接等方面的因素，综合多方面的因素，本设计中选择安费诺的T6613型CO2检测传感器（手持壳体做了气流通路设计，这里直接选用T6613扩散式的传感器）。

T6613型CO2检测传感器是一款基于非色散红外（NDIR）设计的传感器（使用Telaire专利的自校准算法），测量范围0-2000PPM，在400~1250PPM范围内测量精度满足±30PPM或3%（以较大数值为准），在1250-2000PPM范围内测量精度满足1250-2000PPM±5%+30PPM，外形尺寸较小（长x宽x高57.15 mm X 34.67 mm X 15.24 mm），比较适合本便携检测设备。

图2 T6613型CO2检测传感器图3 T6613型CO2检测传感器尺寸参数

T6613型CO2检测传感器采用DC-5V供电，最大功耗0.9W，平均功耗0.165W，提供I2C（最高速率100kHz）、UART（波特率19200）、模拟量输出（0-4V）这三种信号输出方式，多种不同的信号输出接口方式可以更好的适用于各种控制器芯片，在本设计中因所选用的主控芯片有较多的UART接口，因此对于CO2传感器也选择UART接口方式作为传感器信号与主控之间的主要信号传输方式，同时将传感器的模拟量输出接口经过处理之后连接到单片机的ADC接口作为备用接口，因主控芯片采用的是DC-3.3V供电，因此在CO2传感器与主控芯片之间的连接均需要做一些电压方面的转换或者限制处理，在本设计中，因UART通讯速率相对较低，因此采用常用的N-MOS的方式实现传感器5V电平与主控芯片3.3V之间的电平转换，另外传感器的ADC输出接口仅作为备用接口，采用电阻分压的方式即可，按照传感器模组的引出接口定义，在本手持设备中需要尽可能的减少接线数量，因此选用传感器引出接口中的A、B、C、2、4共计5根引线实现传感器连接（板子端接口采用1.25mm间距端子方便装配插拔，传感器则直接焊接引线更加可靠），同时在板子接口上将IIC接口做预留（5、7引脚），接口电平处理电路设计如下图5所示。

图4 T6613引脚接口定义图5 T6613传感器接口及信号电平转换电路

因传感器的4引脚为AC OUT（0-4VDC）输出引脚，因此这里采用两个电阻进行分压（图4中的电阻R13、R23），分压之后得到V-OUT电压范围为0-3.15V，这样就可以接入3.3V供电的主控芯片的ADC引脚，这样就完成了传感器与主控芯片之间的连接。

图6 完成设计的工程样机实物图

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