[STM32] 16. I2C 센서 소개 (미세먼지/이산화탄소 복합 공기질 센서 CUBIC - AM1008W-K-P)

STM32 I2C 통신을 이용해 테스트를 해볼 센서는 복합 공기질 센서 AM1008W-K-P 모델이다.

해당 센서는 주위 미세먼지와 이산화탄소 농도를 알려주는 복합 공기질 센서이며, 미세먼지 (PM), VOC, 이산화탄소, 온습도 측정이 가능하다.

➡️ 1. Features

• 미세먼지(GRIMM 방식), 이산화탄소, VOC, 온습도
• 공급 전압 : 5V
• 노이즈 방지를 위한 금속 차폐
• 통신 방식 : I2C, UART
• 크기 : 80(W) x 50(H) x 13.6(D) [mm]

➡️ 2. Application Ideas

• Air Purifier
• Air Quality Monitor
• Air Conditioner
• Ventilation System
• Consumer electronic products
• Environmental monitoring

➡️ 3. Specification

Operating principle	CO2: NDIR technology PM: laser scattering technology VOC: semiconductor
Measurement range	PM: 0 ~ 1,000ug/m³ CO2: 0 ~ 5,000ppm VOC: 0 ~ 3 level Temperature: -40°C~85°C RH: 5 ~ 95%RH
Maximum consistency error for PM1.0/PM2.5	≤100ug/m³, ±10ug/m³ >100ug/m³, ±10% ofreading Condition: 25 ±2°C, 50±10%RH, Reference instrument: GRIMM 11-A Dust Source: Cigarette + Arizona A1
Maximum consistency error for PM10	0 ~ 100ug/m³, ±25ug/m³ 101 ~ 1,000ug/m³, ±25% reading Condition: 25 ±2°C,50±10%RH, Reference instrument: GRIMM 11-A Dust Source: Cigarette + Arizona A1
CO2 measurement accuracy	± (50ppm+5% of reading) @25 ±2°C, 50 ±10%RH ± (50ppm+3%of reading) @25 ±2°C, 50 ±10%RH(Option)
Temperature accuracy	±0.4 °C (max), –10 ~ 85 °C
Humidity accuracy	± 3% RH (max), 0~ 80% RH
PM preheating time	≤8 sec
CO2 preheating time	≤30 sec
VOC preheating time	≤120 sec
Data refresh rate	1 sec
Working condition	-10 ~ 50°C, 0 ~ 99%RH (Non-condensing)
Storage condition	-20 ~ 60°C, 0 ~ 99%RH (Non-condensing)
Working voltage	DC 5V ±0.1V, ripple wave < 50mV
Average working current	≤300mA
Signal output	UART TTL (3.3V TTL), I2C
Dimension	W80mm ×H50mm ×D13.6mm
Life span	MTTF of PM sensor= 110,000Hrs (continuous turn on) CO2 ≥10 years VOC ≥10 years

해당 센서를 STM32 I2C 통신을 이용해 제어하기 위해선 간단히 데이터시트를 참고할 필요가 있다. 구현에 중요한 부분은 간단히 설명하고자 한다.

자세히 보고 싶다면 해당 첨부파일을 참고하길 바란다.

Complex_air_quality_measurement_module_AM1008W-K_Specification_210312.pdf

0.78MB

제품의 케이스를 벗기게 되면 아래 사진과 같이 PCB 상태의 센서를 확인할 수 있다.

선을 연결하기 위해선 아래와 같이 구성해야 한다. 

• 검정색  - GND
• 흰색     -  SDA
• 초록색  - SCL
• 빨강색  - VCC (5V)

데이터시트에 친절하게 3.3V MCU와 5V로 동작하는 센서를 제어할 때 구현해야할 회로도를 넣어주었다. 회로도를 보니 HOST MCU(나의 경우 : STM32F103)에 외부 풀업저항을 통해 I2C 통신을 제어하는 것과 해당 센서는 5V로 동작하는 것을 확인하였다. 회로도에서는 10K옴을 사용하였는데 나의 경우 4.7K옴을 사용하였다.

주의 사항을 확인한다. UART와 I2C 통신을 하기 위해선 전원 공급 이 후 10초라는 대기시간이 필요한 듯 싶다. 이 글에서 가장 중요한 문구가 다음에 나온다. 기본 구매했을 때 제품은 UART 통신을 사용하며 점퍼를 이용해 UART와 I2C 모드를 선택하라고 한다.

해당 사진을 보면 간단히 알 수 있다. UART를 사용하기 위해선 해당 핀을 쇼트시키고, I2C를 사용하기 위해선 점퍼를 제거하라고 한다. 우린 I2C 통신을 사용하니 점퍼를 아래 사진과 같이 제거하였다.

그 다음으로 가장 중요한 것은 이제 이 센서(슬레이브)의 주소이다. 

쭉쭉 내려다 보면 센서의 주소를 알 수 있다.

해당 센서에게 Write 명령을 하기 위해서는 0x50을 쏘라고 한다.

해당 선서에게 Read 명령을 하기 위해서는 0x51을 쏘라고 한다.

여기서 우리들은 센서의 주소를 알기 위해 계산을 조금해야 한다. 이 전 글에서 7bit 주소와 1bit W/R 플레그로 구성된 것으로 공부했다.

그 때 계산이 (7bit 주소 << 1) | W/R Flag 였다. 이제 역으로 계산하면 해당 센서의 주소를 알 수 있다.

0x50에서 오른쪽으로 쉬프트 연산을 한 번 하면 주소이다. 0x28이 주소임을 확인했다.

우리는 데이터시트에서 얻은 정보를 통해 STM32 I2C 통신으로 제어할 준비가 50%가 되었다. 나머지 50%는 바로 소스코드이다. STM32 CubeIDE를 통해 간단히 구현할 수 있지만, 임베디드에서 처음 구매한 센서를 뚫는 것은 만만치 않은 작업이다.

가장 베스트는 누군가 이미 만들어 놓은 소스 코드를 참고하여 만드는 것이다.

해당 제품은 운이 좋게도 Github에 아두이노로 구현된 라이브러리가 이미 존재한다. 다음 글은 간단히 라이브러리를 이용하여 아두이노로 센서를 테스트해보겠다.