SparkFun MicroMod Environmental Function Board, Umweltsensoren, SGP40 VOC, SHTC3, STC31 CO2, I2C, 6V

SparkFun MicroMod Environmental Function Board
Das SparkFun MicroMod Environmental Function Board ist eine Erweiterungsplatine für das MicroMod-Ökosystem von SparkFun, die MicroMod Processor Boards um drei kombinierte Umweltsensoren ergänzt. Die Platine integriert den Sensirion SGP40 zur Messung der Luftqualität, den Sensirion SHTC3 zur Erfassung von Luftfeuchtigkeit und Temperatur sowie den Sensirion STC31 zur Messung von CO2-Konzentrationen. Alle drei Sensoren kommunizieren ausschließlich über den I2C-Bus des MicroMod-Systems. Die Verbindung zur Hauptplatine erfolgt über den M.2 MicroMod-Steckverbinder ohne Lötarbeiten: Der abgeschrägte Stecker des Prozessors und der Funktionsplatine wird am entsprechenden Schlüssel des M.2-Steckers ausgerichtet und mit Schrauben befestigt.

Der SGP40 ist ein Metalloxid-Sensor (MOx) mit temperaturgesteuerter Mikro-Heizplatte. Er liefert ein feuchtigkeitskompensiertes Signal auf Basis flüchtiger organischer Verbindungen (VOC Volatile Organic Compounds; das sind gasförmige chemische Stoffe wie Lösungsmittel, Reinigungsmittel oder Ausdünstungen aus Materialien, die die Raumluftqualität beeinflussen). Das Ausgangssignal umfasst einen digitalen Rohwert (SRAW) zwischen 0 und 65535 sowie einen verarbeiteten VOC-Indexwert zwischen 0 und 500 Punkten. Der integrierte VOC-Algorithmus zeigt laut Hersteller eine hohe Robustheit gegenüber Fremdgasen sowie geringe Langzeitdrift.

Der SHTC3 ist ein digitaler Feuchte- und Temperatursensor, der auf einem kapazitiven Feuchtesensor und einem Bandgap-Temperatursensor basiert. Kapazitive Feuchtesensoren messen die Veränderung der elektrischen Kapazität eines feuchtigkeitsempfindlichen Materials; Bandgap-Temperatursensoren nutzen die temperaturabhängigen Eigenschaften von Halbleitermaterialien. Er deckt einen Feuchtigkeitsmessbereich von 0 bis 100 % RH und einen Temperaturmessbereich von -40 °C bis +125 °C ab. Im Vergleich zum Vorgängermodell SHTC1 bietet der SHTC3 eine erhöhte Genauigkeit von ±2 % RH und ±0,2 °C. Die Messwerte des SHTC3 werden vom STC31 zur Feuchtigkeits- und Temperaturkompensation genutzt.

Der STC31 misst CO2-Konzentrationen auf Basis der Wärmeleitfähigkeit (Thermal Conductivity Detection, TCD ein Verfahren, das die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit verschiedener Gase zur Konzentrationsbestimmung ausnutzt). Er verfügt über zwei Messbereiche: 0 bis 25 Vol% CO2 in Stickstoff (N2) sowie 0 bis 100 Vol% CO2 in Luft. Die Wiederholbarkeit der Messung liegt bei 0,2 Vol% bei einer Temperaturstabilität von 0,025 Vol%/°C. Der STC31 ist kalibriert für CO2 in N2 und CO2 in Luft und liefert kalibrierte Gaskonzentrations- und Temperaturausgaben. Zusätzlich unterstützt der STC31 die Kompensation des atmosphärischen Drucks.

Die Leistung aller drei Sensoren beruht auf der CMOSens-Technologie von Sensirion. Diese patentierte Technologie vereint Sensorelement, Signalverarbeitung und digitale Kalibrierung auf einem einzelnen CMOS-Chip (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ein weit verbreitetes Halbleiterfertigungsverfahren). Das ermöglicht kompakte Bauformen bei gleichzeitig hoher Fertigungsqualität und eignet sich laut Hersteller für OEM-Anwendungen (Original Equipment Manufacturer Anwendungen, bei denen die Sensoren in Fremdprodukte integriert werden).

Die Platine ist mit einem 3,3-V-Spannungsregler des Typs AP2112 (Nennleistung 600 mA), I2C-Pull-up-Widerständen und einer Power-LED ausgestattet. Über Jumper lassen sich die Power-LED deaktivieren, die I2C-Pull-up-Widerstände trennen sowie alternative I2C-Adressen für den STC31 konfigurieren.

Das MicroMod Environmental Function Board eignet sich für Anwendungen in der Innenraumluftüberwachung, in der Gebäudeautomation sowie in der Umweltmesstechnik. Die Kombination aus VOC-Index, CO2-Konzentration, Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf einer einzelnen Platine erlaubt eine umfassende Erfassung von Raumluftparametern. Typische Einsatzgebiete umfassen die Überwachung von Wohnräumen, Serverräumen, Gewächshäusern oder Messumgebungen in unterschiedlicher Höhenlage, da der STC31 eine Druckkompensation unterstützt. Die steckerbasierte M.2-Verbindung ohne Lötaufwand vereinfacht den Austausch der Funktionsplatine im MicroMod-System.

Merkmale im Überblick

• Drei kombinierte Umweltsensoren: SGP40 (VOC/Luftqualität), SHTC3 (Feuchte + Temperatur), STC31 (CO2)
• Alle Sensoren kommunizieren über I2C; keine zusätzliche Verdrahtung erforderlich
• Lötfreie Verbindung über M.2 MicroMod-Steckverbinder
• SGP40: MOx-Sensor mit feuchtigkeitskompensiertem VOC-Index (0500 Punkte) und digitalem Rohwert SRAW (065535)
• SGP40: Zuverlässige VOC-Erkennung nach weniger als 60 Sekunden, Vollspezifikation nach weniger als 1 Stunde
• SHTC3: Feuchtigkeitsmessung 0100 % RH, ±2 % RH Genauigkeit, 0,01 % RH Auflösung
• SHTC3: Temperaturmessung -40 °C bis +125 °C, ±0,2 °C Genauigkeit, 0,01 °C Auflösung
• SHTC3 versorgt STC31 mit Feuchte- und Temperaturwerten zur Kompensation
• STC31: CO2-Messung via Wärmeleitfähigkeit, zwei Messbereiche: 025 Vol% (N2) und 0100 Vol% (Luft)
• STC31: Druckkompensation für Einsatz in unterschiedlichen Höhenlagen
• STC31: 4 konfigurierbare I2C-Adressen (0x29, 0x2A, 0x2B, 0x2C)
• 3,3-V-Spannungsregler AP2112, 600 mA Nennleistung
• Eingangsspannungsbereich: 2,5 V bis 6,0 V
• IO-Spannung: 3,3 V
• Jumper für Power-LED, I2C-Pull-up-Widerstände und STC31-Adressauswahl
• CMOSens-Technologie von Sensirion: Sensorik, Signalverarbeitung und Kalibrierung auf einem Chip

Kompatibilität

• SparkFun MicroMod Processor Boards (alle M.2-kompatiblen Varianten)
• SparkFun MicroMod Main Boards mit M.2-Steckplatz
• I2C-basierte Mikrocontroller-Systeme (über Qwiic-/I2C-Schnittstelle, nach manueller Anpassung)
• Arduino IDE (über SparkFun-Bibliotheken für SGP40, SHTC3, STC3X)

Technische Daten

• Eingangsspannungsbereich: 2,5 V bis 6,0 V (typ. 5 V über USB, typ. 3,74,2 V über LiPo)
• IO-Spannung: 3,3 V
• Spannungsregler: AP2112, 3,3 V, 600 mA Nennleistung
• Schnittstelle: I2C (alle drei Sensoren)
• SGP40 I2C-Adresse: 0x59 (Standard, nicht konfigurierbar)
• SGP40 Betriebsspannung: 1,7 V bis 3,6 V (typ. 3,3 V)
• SGP40 Betriebstemperatur: -20 °C bis +55 °C
• SGP40 Stromaufnahme: 2,6 mA (Dauerbetrieb), 34 µA (Leerlauf, Heizung aus)
• SGP40 Ausgabe SRAW: 065535 Ticks
• SGP40 Ausgabe VOC Index: 0500 Punkte
• SGP40 Einschaltzeit bis zuverlässige Erkennung: weniger als 60 s
• SGP40 Einschaltzeit bis Vollspezifikation: weniger als 1 h
• SGP40 Empfohlenes Probenahmeintervall VOC-Index: 1 s
• SGP40 Empfohlenes Probenahmeintervall SRAW: 0,510 s (typ. 1 s)
• SHTC3 I2C-Adresse: 0x70 (Standard, nicht konfigurierbar)
• SHTC3 Betriebsspannung: 1,62 V bis 3,6 V (typ. 3,3 V)
• SHTC3 Betriebstemperatur: -40 °C bis +125 °C
• SHTC3 Feuchtigkeitsmessbereich: 0 % bis 100 % RH
• SHTC3 Feuchtigkeitsgenauigkeit: ±2 % RH
• SHTC3 Feuchtigkeitsauflösung: 0,01 % RH
• SHTC3 Temperaturmessbereich: -40 °C bis +125 °C
• SHTC3 Temperaturgenauigkeit: ±0,2 °C
• SHTC3 Temperaturauflösung: 0,01 °C
• SHTC3 Stromaufnahme Normalmodus: 4,9 µA bis 430 µA
• SHTC3 Stromaufnahme Energiesparmodus: 0,5 µA bis 270 µA
• STC31 I2C-Adressen: 0x29 (Standard), 0x2A, 0x2B, 0x2C
• STC31 Betriebsspannung: 2,7 V bis 5,5 V (typ. 3,3 V)
• STC31 Betriebstemperatur: -20 °C bis +85 °C
• STC31 Messbereich CO2 in N2: 025 Vol%
• STC31 Messbereich CO2 in Luft: 0100 Vol%
• STC31 Genauigkeit in N2: 0,5 Vol% + 3 % Messwert
• STC31 Genauigkeit in Luft: 1 Vol% + 3 % Messwert
• STC31 Auflösung: 16-bit (Konzentration und Temperatur)
• STC31 Wiederholbarkeit: 0,2 Vol%
• STC31 Temperaturstabilität: 0,025 Vol%/°C
• STC31 Anlaufzeit: 14 ms
• STC31 Messprinzip: Wärmeleitfähigkeit (Thermal Conductivity Detection)

Sonstige Daten

• SHTC3-Adresse 0x70 kollidiert mit der Standardadresse des Qwiic Mux; bei Nutzung mehrerer SHTC3-Sensoren über den Qwiic Mux ist eine manuelle Adressänderung am Mux erforderlich
• Für den Betrieb mehrerer SHTC3-Sensoren auf einem einzelnen I2C-Bus ist ein Multiplexer (Mux) notwendig
• SGP40 kalibriert für CO2 in N2 und CO2 in Luft (STC31); der SGP40 selbst misst keine CO2-Konzentration, sondern einen VOC-basierten Luftqualitätsindex
• Platinenabmessungen: in verlinkter Hardware-Dokumentation verfügbar (siehe Links)
• Keine Abmessungsangaben im Lieferantentext enthalten

Lieferumfang

• 1x SparkFun MicroMod Environmental Function Board

Links

• Einstieg in das MicroMod Environmental Function Board (Englisch)
• MicroMod-Infoseite (Englisch)
• Sensirion SGP40 Produktseite (Englisch)
• Sensirion SHTC3 Produktseite (Englisch)
• Sensirion STC31 Produktseite (Englisch)