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Grove VOCおよびeCO2ガスセンサー（SGP30）

note

この文書は AI によって翻訳されています。内容に不正確な点や改善すべき点がございましたら、文書下部のコメント欄または以下の Issue ページにてご報告ください。
https://github.com/Seeed-Studio/wiki-documents/issues

Grove VOCおよびeCO2ガスセンサー（SGP30）

このセクションでは、センサーの動作原理、Wio Terminalを使用してセンサーデータを取得する方法、およびWio TerminalとGrove - Wio-E5を使用してデータを送信する方法について詳しく説明します。

産業用センサーへのアップグレードが可能​

SenseCAP S2110コントローラーおよびS2100データロガーを使用することで、Groveを簡単にLoRaWAN®センサーに変えることができます。Seeedはプロトタイピングを支援するだけでなく、SenseCAPシリーズの堅牢な産業用センサーを使用してプロジェクトを拡張する可能性も提供します。

IP66ハウジング、Bluetooth設定、グローバルLoRaWAN®ネットワークとの互換性、内蔵19Ahバッテリー、そしてアプリからの強力なサポートにより、SenseCAP S210xは産業用途に最適な選択肢となります。このシリーズには、土壌水分、空気温度と湿度、光強度、CO2、EC、そして8-in-1気象ステーション用のセンサーが含まれています。次の成功する産業プロジェクトに向けて、最新のSenseCAP S210xをお試しください。

SenseCAP 産業用センサー
S2100
データロガー		S2101
空気温度 & 湿度		S2102
光強度		S2103
空気温度 & 湿度 & CO2
S2104
土壌水分 & 温度		S2105
土壌水分 & 温度 & EC		S2110
LoRaWAN® コントローラー		S2120
8-in-1 気象ステーション

センサーの動作原理​

SGP30は、単一コア上に複数の検知要素を持つ金属酸化物室内ガスセンサーです。このセンサーは4つのガス検知要素を組み込み、完全に校正された空気質出力信号を提供し、主に空気質の検出に使用されます。

SGP30の検知部分（MEMS）は、金属酸化物（MOx）ナノ粒子の加熱膜に基づいています。ガス感応材料は、金属酸化物粒子上に吸着された酸素をターゲットガスと反応させ、電子を放出します。この反応により、センサーが測定する金属酸化物層の抵抗が変化します。

簡単に言えば、還元性ガスの存在により、ガス感応材料の表面の酸素濃度が減少し、半導体の抵抗（または導電性）が変化します。その後、抵抗の検出、信号処理、および変換は回路（ASIC）部分によって行われます。

Grove VOCおよびeCO2ガスセンサーの使用に関する詳細情報はこちらをご参照ください。

必要な材料​

Wio TerminalGrove - Wio-E5Grove VOCおよびeCO2ガスセンサー (SGP30)

事前準備​

接続​

この手順では、Grove - Wio-E5を使用して近くのLoRa®ゲートウェイに接続する必要があります。Wio Terminalの右側のGroveポートをソフトシリアルポートとして構成し、ATコマンドを受信します。以下の図に従って、左側にGrove VOCおよびeCO2ガスセンサーを接続します。

ソフトウェア準備​

ステップ1. Arduinoソフトウェアをインストールします。

ステップ2. Arduinoアプリケーションを起動します。

ステップ3. Arduino IDEにWio Terminalを追加します。

Arduino IDEを開き、File > Preferencesをクリックし、以下のURLを追加のボードマネージャURLにコピーします：

https://files.seeedstudio.com/arduino/package_seeeduino_boards_index.json

Tools > Board > Board Managerをクリックし、ボードマネージャでWio Terminalを検索します。

ステップ4. ボードとポートを選択します。

Tools > BoardメニューでArduinoに対応するエントリを選択します。Wio Terminalを選択してください。

Tools -> PortメニューからWio Terminalボードのシリアルデバイスを選択します。これは通常、COM3以上（COM1およびCOM2は通常ハードウェアシリアルポート用に予約されています）です。確認するには、Wio Terminalボードを切断してメニューを再度開き、消えるエントリがArduinoボードであるはずです。ボードを再接続してそのシリアルポートを選択します。

tip

Macユーザーの場合、/dev/cu.usbmodem141401のようなものになります。

スケッチをアップロードできない場合、主にArduino IDEがWio Terminalをブートローダーモードに切り替えられなかったことが原因です（MCUが停止しているか、プログラムがUSBを処理している場合）。回避策として、Wio Terminalを手動でブートローダーモードに切り替えます。

ステップ5. Grove - Wio-E5ライブラリをダウンロードします。

Disk91_LoRaE5リポジトリを訪問し、リポジトリ全体をローカルドライブにダウンロードします。

ステップ6. Arduino IDEにライブラリを追加します。

次に、3軸デジタル加速度計ライブラリをArduino IDEにインストールします。Arduino IDEを開き、sketch -> Include Library -> Add .ZIP Libraryをクリックし、先ほどダウンロードしたDisk91_LoRaE5ファイルを選択します。

Grove VOC および eCO2 ガスセンサー (SGP30) の値を取得する​

ステップ 1. Grove VOC および eCO2 ガスセンサーコードライブラリをダウンロードする

SGP30_Gas_Sensor リポジトリにアクセスし、リポジトリ全体をローカルドライブにダウンロードしてください。

ステップ 2. Arduino IDE にライブラリを追加する

次に、Grove VOC および eCO2 ガスセンサーライブラリを Arduino IDE にインストールします。Arduino IDE を開き、スケッチ -> ライブラリを含める -> .ZIP ライブラリを追加 をクリックし、先ほどダウンロードした SGP30_Gas_Sensor ファイルを選択してください。

ステップ 3. SGP30 から VOC および eCO2 データを取得する

このリポジトリでは、取得された VOC および eCO2 データが示されています。コード内では、sgp_measure_signals_blocking_read() 関数を使用して VOC および eCO2 の情報を取得します。この情報は正の整数値です。

#include <Arduino.h>
#include "sensirion_common.h"
#include "sgp30.h"

void setup() {
    s16 err;
    u32 ah = 0;
    u16 scaled_ethanol_signal, scaled_h2_signal;
    Serial.begin(115200);
    Serial.println("シリアル開始!!");

    /* モジュールを初期化し、すべてのベースラインをリセットします。
       初期化には最大約15秒かかり、その間、IAQ(室内空気質)の測定APIの出力は変化しません。
       デフォルト値はCO2が400(ppm)、TVOCが0(ppb)です。 */
    while (sgp_probe() != STATUS_OK) {
        Serial.println("SGPが失敗しました");
        while (1);
    }
    /* ブロッキング方式でH2とエタノール信号を読み取ります */
    err = sgp_measure_signals_blocking_read(&scaled_ethanol_signal,
                                            &scaled_h2_signal);
    if (err == STATUS_OK) {
        Serial.println("RAM信号を取得しました!");
    } else {
        Serial.println("信号の読み取りエラー");
    }

    // 絶対湿度を13.000 g/m^3に設定します
    // これはテスト値です
    sgp_set_absolute_humidity(13000);
    err = sgp_iaq_init();
}

void loop() {
    s16 err = 0;
    u16 tvoc_ppb, co2_eq_ppm;
    err = sgp_measure_iaq_blocking_read(&tvoc_ppb, &co2_eq_ppm);
    if (err == STATUS_OK) {
        Serial.print("tVOC 濃度:");
        Serial.print(tvoc_ppb);
        Serial.println("ppb");

        Serial.print("CO2eq 濃度:");
        Serial.print(co2_eq_ppm);
        Serial.println("ppm");
    } else {
        Serial.println("IAQ値の読み取りエラー\n");
    }
    delay(1000);
}

Arduino IDE のシリアルモニターを開き、ボーレートを 115200 に設定して結果を観察してください。

Grove - Wio-E5 を介してデータを送信する​

Grove - Wio-E5 の以前のコードを組み合わせて、LoRa® ネットワークに接続します。AT コマンドを使用することで、Grove VOC および eCO2 ガスセンサーの値を LoRa® ネットワークに送信することが可能です。

前のセクションのコードでは、VOC および eCO2 の値が正の整数であることがわかっています。そして、これらの整数の長さは 8 ビットを超えません。

この方法により、AT コマンドを介して送信するデータの内容、サイズ、および形式を決定します。十分な大きさの配列を設定し、送信する必要のある文字列を配列に格納し、最後に send_sync() 関数を使用して配列を送信することができます。

上記のアイデアの擬似コードは以下のようになります。

  ......
  s16 err = 0;
  u16 tvoc_ppb, co2_eq_ppm;
  err = sgp_measure_iaq_blocking_read(&tvoc_ppb, &co2_eq_ppm);
  
  static uint8_t data[4] = { 0x00 };  // センサーの値を格納するための data[] を使用

  data_decord(tvoc_ppb, co2_eq_ppm, data);

  if ( lorae5.send_sync(              // センサー値を送信
        8,                            // LoRaWan ポート
        data,                         // データ配列
        sizeof(data),                 // データのサイズ
        false,                        // ACK を期待しない
        7,                            // スプレッドファクター
        14                            // 送信出力 (dBm)
       ) 
  ) 
  ......

次に必要なことは、begin() 関数を使用して Grove - Wio-E5 を初期化し、setup() 関数を使用して Grove - Wio-E5 のトリプレット情報を設定することです。send_sync() 関数を使用してデータメッセージを送信するとき、同時に LoRaWAN® に参加を試みます。一度成功すると、データが送信され、信号強度やアドレスなどの情報が返されます。

完全なコード例は こちら にあります。

tip

現時点でコードをアップロードして結果を確認することはお勧めしません。なぜなら、この時点ではまだ Helium/TTN の設定が完了しておらず、「Join failed」という結果が得られるためです。Connecting to Helium または Connecting to TTN の章を完了してから、このコードをアップロードして完全なデータ送信プロセスを完了することをお勧めします。

Grove VOC および eCO2 ガスセンサーの動作とデータ形式を理解したら、次のステップである LoRaWAN® への参加に進んでください。

Helium セクション

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Helium の紹介

この章では、Helium コンソールの操作方法を紹介し、Helium コンソールの第一印象を得ることができます。

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pir

Helium への接続

このセクションでは、センサーデータを Helium に正常にアップロードして表示できるようにするための Helium の設定方法について説明します。

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TTN セクション

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TTN の紹介

この章では、TTN コンソールの操作方法を紹介し、TTN コンソールの第一印象を得ることができます。

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pir

TTN への接続

このセクションでは、センサーデータを TTN に正常にアップロードして表示できるようにするための TTN の設定方法について説明します。

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