Добрый день, уважаемые читатели!

Данная статья представляет собой перевод на русский язык официального datasheet-а с сайта производителя, максимально приближенный к оригиналу. Без каких-либо моих комментариев. Может использоваться для разработки собственных устройств и драйверов.

Источник: CD_DS_SCD40_SCD41_Datasheet_D1_052023.pdf  Version 1.4 – February 2023

---

SCD4x

Преодоление барьера размеров в измерении CO2

Характеристики

• Технология фотоакустического измерения NDIR PASens®
• Наименьший форм-фактор: 10,1 x 10,1 x 6,5 мм
• Возможность пайки оплавлением для экономичной сборки
• Цифровой интерфейс I2C
• Встроенный датчик температуры и влажности

 

Варианты исполнения

• SCD40: базовая точность, заданный диапазон измерения 400–2000 ppm.
• SCD41: высокая точность, заданный диапазон измерения 400–5000 ppm, совместимость с соответствующими стандартами IAQ, несколько режимов мощности.

 

---

Краткое описание продукта

SCD4x — это миниатюрный датчик CO2 нового поколения от Sensirion. В основе этого датчика лежит фотоакустический принцип NDIR-измерений и запатентованные технологии Sensirion PASens® и CMOSens®, которые обеспечивают высокую точность по небольшой стоимости и при небольших размерах датчика. Сборка SMD обеспечивает экономичную и компактную установку датчика в сочетании с максимальной свободой проектирования устройств. Встроенная температурная компенсация данных реализована с помощью встроенного датчика влажности и температуры SHT4x.
CO2 является ключевым индикатором качества воздуха в помещении, поскольку его высокий уровень ставит под угрозу когнитивные способности и здоровье людей. SCD4x позволяет интеллектуальным системам управления вентиляцией регулировать вентиляцию наиболее энергоэффективным и удобным для человека способом. Более того, мониторы качества воздуха в помещении и другие подключенные устройства на базе SCD4x могут помочь поддерживать низкую концентрацию CO2 для создания здоровой и продуктивной среды.

На текущий момент выпускаются три модели датчиков:

• SCD40-D-R2 – базовая точность, диапазон измерений 400 – 2000 ppm (частей на миллион)
• SCD41-D-R2 – высокая точность, диапазон измерений 400–5000 ppm (частей на миллион), поддержка поддержка режимов с малым потреблением

---

Характеристики сенсора

1.1 Измерения CO2

Условия по умолчанию (применяются к значениям в таблице ниже, если не указано иное): 25 °C, относительная влажность 50 %, давление окружающей среды 1013 мбар, периодические измерения по умолчанию и напряжение питания 3,3 В.

Параметр	Условия	Значение
Диапазон измерений CO2 [1]	–	0 – 40’000 ppm
SCD40 точность измерений CO2 [2]	400 ppm – 2’000 ppm	± (50 ppm + 5% от показания)
SCD41 точность измерений CO2 [2]	400 ppm – 1’000 ppm	± (40 ppm + 2.5% от показания)
	1’001 ppm – 2’000 ppm	± (40 ppm + 3% от показания)
	2’001 ppm – 5’000 ppm	± (40 ppm + 5% от показания)
Повторяемость	типовой	± 10 ppm
Время ответа [3]	τ63%, типовой	60 секунд
Дополнительный дрейф точности в год при включенном алгоритме автоматической самокалибровки [4]	типовой, 400 ppm – 2’000 ppm	± (5 ppm + 0.5 % от показания)

Таблица 1. Технические характеристики датчиков CO2 SCD40 и SCD41

 

1.2 Характеристики измерения влажности [5]

Параметр	Условия	Значение
Диапазон измерений влажности	–	0 %RH – 100 %RH
Точность измерений (типовая)	15 °C – 35 °C, 20 %RH – 65 %RH	± 6 % RH
	-10 °C – 60 °C, 0 %RH – 100 %RH	± 9 % RH
Повторяемость	типовой	± 0.4 %RH
Время ответа [3]	τ63%, типовой	90 секунд
Годовой дрейф точности	–	< 0.25 %RH в год

Таблица 2. Технические характеристики датчика влажности SCD4x

 

1.3 Характеристики измерения температуры [5]

Параметр	Условия	Значение
Диапазон измерений температуры	–	– 10°C – 60°C
Точность измерений (типовая)	15 °C – 35 °C	± 0.8 °C
	-10 °C – 60 °C	± 1.5 °C
Повторяемость	типовой	± 0.1°C
Время ответа [3]	τ63%, типовой	120 секунд
Годовой дрейф точности	–	< 0.03 °C в год

Таблица 2. Технические характеристики датчика температуры SCD4x

 

Примечания:

1. Воздействие концентраций CO2 менее 400 ppm может повлиять на точность датчика, если включена автоматическая самокалибровка (ASC).
2. Отклонение от высокоточного эталона. Точность калибровки обеспечивается для более чем 90% датчиков. Небрежное обращение и транспортировка снижают точность датчика. Пайка датчика временно снижает его точность. Точность полностью восстанавливается с помощью функций повторной калибровки FRC или ASC через примерно 5 дней после пайки. Точность основана на испытаниях с газовыми смесями с допуском ± 1,5%.
3. Время достижения 63% соответствующей ступенчатой функции при использовании оценочного комплекта SCD41 в режиме измерения по умолчанию. Время отклика зависит от конструкции, скорости обновления сигнала и условий эксплуатации датчика в конечном приложении.
4. Для правильной работы алгоритма калибровки ASC SCD4x необходимо регулярно подвергать воздействию воздуха с концентрацией CO2 400 ppm. Максимальный дрейф точности в год, оцененный по результатам стресс-тестов, составляет ± (5 ppm + 2 % от показания). Более высокие значения дрейфа могут возникнуть, если с датчиком обращаются не в соответствии с инструкциями по обращению.
5. Конструкция SCD4x при конечном применении, самонагрев датчика и окружающая среда влияют на точность датчика относительной влажности/температуры. Для реализации указанных характеристик необходимо правильно настроить температурное смещение SCD4x внутри устройства заказчика (см. главу 3.6). Наилучшая точность RH/T достигается при работе SCD4x в режиме периодических измерений с низким энергопотреблением.

 

---

Технические характеристики

2.1 Электрические характеристики

Параметр	Символ	Условия	Min	Типовое	Max	Единицы измерения
Напряжение питания DC [6]	VDD		2.4	3.3 или 5.0	5.5	В
Пульсации напряжения питания (от пика к пику) [7]	VRPP				30	мВ
Пиковый потребляемый ток [8]	Ipeak	VDD = 3.3 V		175	205	мА
		VDD = 5.0 V		115	137	мА
Средний ток питания для периодических измерений, 1 измерение каждые 5 секунд	IDD	VDD = 3.3 V		15	18	мА
		VDD = 5.0 V		11	13	мА
Средний ток питания для периодических измерений в режиме малой мощности, 1 измерение каждые 30 секунд	IDD	VDD = 3.3 V		3.2	3.5	мА
		VDD = 5.0 V		2.8	3.0	мА
Средний ток питания для периодических однократных измерений, 1 измерение каждые 5 минут (только SCD41) [9]	IDD	VDD = 3.3 V		0.45	0.5	мА
		VDD = 5.0 V		0.36	0.4	мА
Сигнальное входное напряжение высокого уровня	VIH		0.65 x VDD		1.00 x VDD	–
Сигнальное входное напряжение низкого уровня	VIL				0.30 x VDD	–
Сигнальное выходное напряжение низкого уровня	VOL	ток стока 3 мА			0.66	В

Таблица 4. Электрические характеристики SCD4x

 

2.2 Максимально допустимые значения эксплуатации

Стрессовые уровни значений, превышающие указанные в Таблице 5, могут привести к необратимому повреждению устройства. Воздействие минимальных/максимальных значений на датчик в течение длительного времени может повлиять на производительность датчика и надежность устройства.

Параметр	Условия	Значение
Температурные условия эксплуатации		-10 ~ 60°C
Допустимый уровень относительной влажности [10]	Без конденсации влаги	0 ~ 95 %RH
Уровень MSL		3
Напряжение питания		– 0.3 В ~ 6.0 В
Максимальное напряжение на выводах SDA, SCL, GND		– 0.3 В ~ VDD+0.3 В
Входной ток на выводах SDA, SCL, GND		– 280 mA ~ 100 mA
Температура кратковременного хранения [11]		– 40°C ~ 70°C
Рекомендуемая температура хранения		10 °C ~ 50 °C
ESD HBM (площадки и металлический колпачок)		2 кВ
ESD CDM		500 В
Интервал технического обслуживания	Не требует обслуживания при использовании алгоритма полевой калибровки ASC [12].	нет
Срок службы датчика [13]	Типовые условия эксплуатации	более 10 лет

Таблица 5. Условия эксплуатации SCD4x, срок службы и максимально допустимые характеристики

 

Примечания:

6. Для стабильной работы датчика напряжение питания должно поддерживаться постоянным.
7. Действительно только для напряжения питания без нагрузки датчика.
8. Относится к устойчивому току.
9. Измерение по требованию со свободно регулируемым интервалом. См. раздел 3.10.
10. Точность может снизиться при уровне относительной влажности ниже 10%.
11. Краткосрочное хранение относится к временным условиям во время, например, транспортировки.
12. Для правильной работы алгоритма полевой калибровки ASC SCD4x должен еженедельно подвергаться воздействию воздуха с концентрацией CO2 400 ppm.
13. Датчик разработан для планируемого срока службы более 10 лет при условий эксплуатации в помещении.

 

2.3 Характеристики интерфейса

SCD4x поставляется в корпусе LGA (Таблица 6). Схема пакета данных представлена в главе 4.1. Схема установки на плату SCD4x описана в главе 4.2.

VDD – источник питания датчика, VDDH – источник питания для источника ИК-света. VDD и VDDH одновременно используются для питания датчика, и на них всегда должно поддерживаться одинаковое напряжение, т. е. оба должны быть подключены к одному и тому же источнику питания. Суммарный максимальный ток, потребляемый VDD и VDDH, указан в Таблице 4. VDD и VDDH должны быть подключены друг к другу рядом с датчиком на печатной плате заказчика.

Для работы датчика следует выбрать малошумящий источник питания, например, стабилизатор с малым падением напряжения (LDO), который может обеспечивать пиковый ток питания и обеспечивать пульсации напряжения от пика к пику, не хуже, чем указано в Таблице 4. Из-за внутренних регулировок датчика, так же могут наблюдаться более высокие переходные токи (порядка нескольких микросекунд). Этими переходными токами можно пренебречь в типичных сценариях проектирования из-за паразитного R/L/C выводов, а также характеристик регулирования нагрузки источника питания. Кроме того, чтобы избежать помех в работе датчика, напряжение питания без нагрузки, когда датчик не получает данные, не должно изменяться более чем на 30 мВ (например, из-за падения напряжения, вызванные другими нагрузками). Рекомендуется эксплуатировать датчик с отдельным  источником питания (стабилизатором) LDO.

SCL используется для синхронизации связи I2C между ведущим (микроконтроллером) и подчиненным (датчиком). Вывод SDA используется для передачи данных к датчику и от него. Для безопасной связи необходимо соблюдать временные характеристики, определенные в руководстве I2C [13]. Линии SCL и SDA должны быть подключены к внешним подтягивающим резисторам (например, Rp = 10 кОм, см. Рисунок 1). Чтобы избежать конфликта сигналов, микроконтроллер должен управлять только низким уровнем на линиях SDA и SCL. При выборе размеров резисторов учитывайте емкость шины и частоту связи (более подробную информацию см. в разделе 7.1 руководства NXP I2C [13]). Следует отметить, что подтягивающие резисторы могут быть включены в цепи ввода-вывода микроконтроллеров.

Примечания:

13. NXP’s I2C-bus specification and user manual UM10204, Rev.6, 4 April 2014

 

 

2.4 Временные характеристики

SCD4x поддерживает «стандартный режим» I2C. В таблице 7 указаны тайминги ASIC, но она не отражает доступность или полезность показаний с датчиков. Характеристики синхронизации основаны на спецификации шины NXP I2C и руководстве пользователя UM10204, ред. 6, 4 апреля 2014 г.

Параметр	Условия	Min	Max	Единицы измерения
Время включения	После аппаратного сброса VDD ≥ 2,25 В.	–	30	мс
Программный сброс	После повторной инициализации	–	30	мс
Тактовая частота SCL	–	0	400	кГц

Таблица 7. Временные характеристики

 

 

2.5 Содержание материалов

Устройство полностью соответствует требованиям REACH и RoHS.

---

3 Описание цифрового интерфейса

3.1 Включение питания и запуск связи

Датчик начинает включаться после достижения порогового напряжения включения V_DD,Min = 2,25 В, и для перехода в состояние ожидания потребуется максимальное время включения. Как только состояние ожидания достигнуто, он готов принимать команды от ведущего устройства. Каждая последовательность передачи начинается с условия START (S) и заканчивается условием STOP (P), как описано в спецификации шины I2C.

3.2 Тип и длина данных

Данные, отправляемые и получаемые от датчика, состоят из последовательности 16-битных команд и/или 16-битных слов (каждое из которых интерпретируется как целое число без знака, старший байт которого передается первым). За каждым словом данных немедленно следует 8-битная CRC. При записи данных обязательно передается контрольная сумма. При чтении данных мастер сам решает, хочет ли он обрабатывать контрольную сумму (см. главу 3.11).

3.3 Типы последовательностей команд

Все команды и данные SCD4x отображаются в 16-битное адресное пространство.

SCD4x	Hex. Code
Адрес датчика на шине I2C	0x62

Таблица 8. Адрес устройства I2C.

SCD4x поддерживает четыре различных типа последовательности команд I2C: «чтение», «запись», «отправка команды» и «отправка команды и получение результата». На рисунке 2 показано, как строится сеанс связи I2C для разных типов последовательностей.

Для последовательностей «чтение» или «отправка команды и получение результатов» после записи адреса и/или данных в датчик и отправки бита ACK датчику требуется время выполнения (см. Таблицу 9), чтобы ответить на заголовок чтения I2C. с битом ACK. Следовательно, необходимо дождаться времени выполнения команды, прежде чем выдавать заголовок чтения. Команды не должны отправляться во время обработки предыдущей команды.

 

3.4 Обзор команд SCD4x

Обзор доступных команд SCD4x можно найти в Таблице 9. Подробное описание каждой команды можно найти в следующих разделах.

 

---

3.5 Основные команды

В этом разделе перечислены основные команды SCD4x, необходимые для запуска периодического измерения и последующего считывания выходных сигналов датчика.
Типичная последовательность обмена данными между ведущим устройством I2C (например, микроконтроллером) и датчиком SCD4x следующая:

1. Датчик включен.
2. Ведущее устройство I2C отправляет команду start_periodic_measurement. Интервал обновления данных – 5 секунд.
3. Мастер I2C периодически считывает данные с помощью команды read_measurement и последовательности чтения.
4. Чтобы вернуть датчик в режим ожидания, ведущий I2C отправляет команду остановки периодического измерения stop_ periodic_measurement.
5. Во время периодического измерения нельзя подавать никакие другие команды, за исключением read_measurement, get_data_ready_status, stop_ periodic_measurement и set_ambient_pressure.

 

3.5.1 start_periodic_measurement

Описание: запуск периодического измерения, интервал обновления данных 5 секунд.

 

3.5.2 read_measurement

Описание: чтение выходных данных с датчика. Данные измерений можно считывать только один раз за интервал обновления сигнала, поскольку при считывании буфер очищается. Если в буфере нет данных, датчик возвращает NACK. Чтобы избежать ответа NACK, можно запросить команду get_data_ready_status для проверки состояния данных (более подробную информацию см. в главе 3.8.2). Ведущее устройство I2C может прервать передачу чтения с помощью NACK, за которым следует условие STOP после любого байта данных, если пользователь не заинтересован в последующих данных.

 

3.5.3 stop_periodic_measurement

Описание: остановка периодических измерений для изменения конфигурации датчика или для экономии энергии. Обратите внимание, что датчик будет реагировать на другие команды только после ожидания 500 мс после подачи команды stop_periodic_measurement.

 

---

3.6 Встроенная компенсация выходного сигнала

SCD4x имеет встроенную компенсацию сигнала для противодействия эффектам изменения давления и температуры. Передача на SCD4x внешних данных о давлении или высоте обеспечивает высочайшую точность выходного сигнала CO2 в широком диапазоне давлений. Установка температурного смещения повышает точность выходного сигнала относительной влажности и температуры. Обратите внимание, что температурное смещение не влияет на точность определения содержания CO2.

Чтобы изменить или прочитать настройки датчика, SCD4x должен находиться в режиме ожидания. Типичная последовательность действий между ведущим устройством I2C и SCD4x описывается следующим образом:
1. Если датчик работает в режиме периодического измерения, мастер I2C отправляет команду stop_periodic_measurement.
2. Мастер I2C отправляет одну или несколько команд для получения или установки настроек датчика.
3. Если конфигурации должны быть сохранены после событий выключения и включения питания, необходимо отправить команду persist_settings (см. главу 3.9.1).
4. Мастер I2C отправляет команду начала измерения, чтобы снова перевести датчик в рабочий режим.

 

3.6.1 set_temperature_offset

Описание: Температурное смещение не влияет на точность измерения CO2 SCD4x. Правильная установка температурного смещения SCD4x внутри пользовательского устройства позволяет пользователю использовать выходные сигналы относительной влажности и температуры. Обратите внимание, что температурное смещение может зависеть от различных факторов, таких как режим измерения SCD4x, самонагрев близких компонентов, температура окружающей среды и движение потоков воздуха. Таким образом, смещение температуры SCD4x должно определяться внутри пользовательского устройства в типичных условиях его работы (включая режим работы, который будет использоваться в приложении) и в условиях теплового равновесия. По умолчанию температурное смещение установлено на 4°C. Чтобы сохранить настройку в EEPROM, необходимо подать команду сохранения настроек (см. главу 3.9.1). Уравнение (1) показывает, как можно получить характеристическое смещение температуры. Рекомендуемые значения смещения температуры находятся в диапазоне от 0 °C до 20 °C.

?_{??????_??????} =?_???4x− ?_?????????+?_{??????_ ????????}

3.6.2 get_temperature_offset

 

3.6.3 set_sensor_altitude

Описание: Чтение и запись высоты датчика необходимо выполнять, когда SCD4x находится в режиме ожидания. Обычно высота датчика задается один раз после установки устройства. Чтобы сохранить настройку в EEPROM, необходимо ввести команду persist_settings (см. раздел 3.9.1). Значение высоты датчика по умолчанию установлено на 0 метров над уровнем моря. Допустимые входные значения находятся в диапазоне 0–3000 м.

3.6.4 get_sensor_altitude

Описание: Команда get_sensor_altitude может быть отправлена, когда SCD4x находится в режиме ожидания, для считывания ранее сохраненного значения высоты датчика, установленного командой set_sensor_altitude.

 

3.6.5 set_ambient_pressure

Описание: Команда set_ambient_pressure может быть отправлена во время периодических измерений, чтобы использовать непрерывную компенсацию давления. Обратите внимание, что установка давления окружающей среды имеет приоритет перед любой компенсацией давления, основанной на ранее установленной высоте датчика. Использование этой команды настоятельно рекомендуется для приложений, в которых наблюдаются значительные изменения давления окружающей среды, чтобы обеспечить максимальную точность датчика. Допустимые входные значения находятся в диапазоне 70 000–120 000 Па. Значение по умолчанию — 101 300 Па.

3.6.6 get_ambient_pressure

Описание: Команда get_ambient_pressure может быть отправлена во время периодических измерений для считывания ранее сохраненного значения давления окружающей среды, установленного командой set_ambient_pressure.

 

---

3.7 Калибровка в полевых условиях

Для обеспечения высокой начальной и долгосрочной точности SCD4x включает в себя две функции полевой калибровки. Принудительная повторная калибровка (FRC) позволяет немедленно восстановить высочайшую точность с помощью эталонного значения CO2. Обычно FRC применяется для компенсации отклонений, возникающих в процессе сборки датчика или других значительных напряжений. Автоматическая самокалибровка (ASC) обеспечивает высочайшую долговременную стабильность SCD4x без необходимости ручных действий со стороны пользователя. Алгоритм автоматической самокалибровки предполагает, что датчик подвергается воздействию атмосферной концентрации CO2 400 ppm не реже одного раза в неделю.

 

3.7.1 perform_forced_recalibration

Описание: Для успешного проведения точной принудительной повторной калибровки необходимо выполнить следующие шаги:

1. Включите SCD4x в рабочий режим, который позже будет использоваться при нормальной работе датчика (периодическое измерение, периодическое измерение с низким энергопотреблением или однократное измерение) в течение более 3 минут в среде с однородной и постоянной концентрацией CO2.
2. Выполните команду stop_periodic_measurement. Подождите 500 мс для выполнения команды остановки.
3. Затем отправьте команду perform_forced_recalibration (вкупе с образцовыми данными о концентрации CO2) и, при необходимости, считайте поправку FRC (т. е. величину коррекции) после ожидания завершения команды в течение 400 мс. Возвращаемое значение 0xffff указывает на то, что принудительная повторная калибровка не удалась.

Обратите внимание, что датчик не сможет выполнить принудительную повторную калибровку, если он не был в рабочем режиме перед отправкой команды. При выполнении принудительной повторной калибровки убедитесь, что датчик работает при напряжении, требуемом для конкретного применения.

 

3.7.2 set_automatic_self_calibration_enabled

Описание: Установка текущего состояния (включена/отключена) автоматической самокалибровки. По умолчанию ASC включен. Чтобы сохранить настройку в EEPROM, необходимо дополнительно отправить команду persist_setting (см. главу 3.9.1).

3.7.3 get_automatic_self_calibration_enabled

 

---

3.8 Работа в режиме пониженного энергопотребления

Для использования в случаях с ограниченным бюджетом мощности питания SCD4x имеет режим периодических измерений с низким энергопотреблением и интервалом обновления сигнала примерно 30 секунд. В то время как режим низкого энергопотребления экономит электроэнергию и снижает самонагрев датчика, режим периодических измерений с низким энергопотреблением имеет более длительное время отклика.

Режим периодических измерений с низким энергопотреблением запускается и считывается аналогично периодическому измерению по умолчанию. Дополнительные инструкции см. в главе 3.5.2. Чтобы избежать получения NACK в случае, если результат последующего измерения еще не готов, можно использовать команду get_data_ready_status для проверки доступности новых данных измерения для считывания.

 

3.8.1 start_low_power_periodic_measurement

Описание: Запуск периодических измерений в режиме пониженного потребления, интервал обновления данных составляет примерно 30 секунд.

 

3.8.2 get_data_ready_status

Описание: Получение сведений о готовности данных о концентрации СО2. Если младшие 11 бит слова [0] равны 0 → данные не готовы, иначе → данные готовы к считыванию.

 

---

3.9 Расширенные функции

3.9.1 persist_settings

Описание: Настройки конфигурации, такие как смещение температуры, высота датчика и параметр включения/выключения ASC, по умолчанию сохраняются только в энергозависимой памяти (RAM / ОЗУ) и будут потеряны после выключения и включения питания. Команда persist_settings сохраняет текущую конфигурацию в EEPROM SCD4x, что делает её постоянной при выключении и включении питания.

Чтобы избежать ненужного износа EEPROM, команду persist_settings следует отправлять только тогда, когда действительно требуется сохранение и если в конфигурацию были внесены какие-либо изменения. EEPROM гарантированно выдержит не менее 2000 циклов записи до выхода из строя. Обратите внимание, что история полевых калибровок (т. е. FRC и ASC, см. главу 3.7) автоматически сохраняется в отдельной EEPROM, рассчитанной на весь паспортный срок службы датчика.

 

3.9.2 get_serial_number

Описание: Считывание серийного номера можно использовать для идентификации чипа и проверки доступности датчика в устройстве. Команда получения серийного номера возвращает 3 слова, за каждым словом следует 8-битная контрольная сумма CRC. Вместе эти 3 слова составляют уникальный серийный номер длиной 48 бит (формат с обратным порядком байтов).

 

3.9.3 perform_self_test

Описание: Функцию perform_self_test можно использовать в качестве теста для проверки работоспособности датчика.

 

3.9.4 perfom_factory_reset

Описание: Команда perform_factory_reset сбрасывает все настройки конфигурации, хранящиеся в EEPROM, и стирает историю алгоритмов FRC и ASC.

 

3.9.5 reinit

Описание: Команда reinit повторно инициализирует датчик путем перезагрузки пользовательских настроек из EEPROM. Перед отправкой команды reinit необходимо ввести команду stop_periodic_measurement. Если команда повторной инициализации не запускает желаемую повторную инициализацию, к SCD4x следует применить перезагрузку по питанию.

---

3.10 Режим одиночного измерения по запросу (только для SCD41)

SCD41 дополнительно имеет режим однократного измерения для измерений по требованию. Типичная последовательность общения следующая:

1. Датчик включается командой wake_up.
2. Мастер I2C отправляет команду measure_single_shot и ждет указанного максимального времени для выполнения измерений.
3. Мастер I2C считывает данные с помощью команды read_measurement (раздел 3.5.2) в пределах указанного макс. времени действия команды.
4. Повторите шаги 2–3 в соответствии с требованиями приложения.
5. При желании выключите датчик с помощью команды power_down.

Чтобы снизить уровень “шума”, ведущий I2C может выполнять несколько одиночных измерений подряд и усреднять выходные значения CO2. После включения и выключения питания первоначальные показания однократного измерения следует отбросить для максимизации точности.

По умолчанию ASC включен в режиме однократного измерения и оптимизирован для однократных измерений, выполняемых каждые 5 минут. Более длинные интервалы измерений приведут к менее частым корректировкам ASC. Чтобы оптимизировать ASC для более длинных интервалов измерения, можно перенастроить начальный и стандартный интервалы ASC (см. соответствующие команды в следующих подразделах и сопроводительную документацию [16]).

Для приложений с крайне низким энергопотреблением датчик можно включать и выключать между измерениями для экономии энергии. Обратите внимание, что для однократных измерений с включением и включением питания функция ASC недоступна.

 

3.10.1 measure_single_shot

Описание: Измерение концентрации CO2, относительной влажности и температуры по требованию. Выходные данные датчика считываются с помощью команды read_measurement (глава 3.5.2).

 

3.10.2 measure_single_shot_rht_only

Описание: Измерение только относительной влажности и температуры по требованию. Выходные данные датчика считываются с помощью команды read_measurement (глава 3.5.2). Выход CO2 возвращается как 0 ppm.

 

3.10.3 power_down

Описание: Переведите датчик из режима ожидания в режим сна, чтобы уменьшить потребление тока. Предварительно должен быть остановлен режим периодических измерений. Может использоваться для отключения питания при работе датчика в режиме однократного включения и выключения питания.

3.10.4 wake_up

Описание: Вывод датчика из спящего режима в режим ожидания. Обратите внимание, что SCD4x не подтверждает команду пробуждения. Чтобы убедиться, что датчик находится в состоянии ожидания после подачи команды wake_up, можно попробовать считать серийный номер (глава 3.9.2). Обратите внимание, что первое показание, полученное с помощью метода measure_single_shot (глава 3.10.1) после пробуждения датчика, должно быть отброшено как некорректное.

 

 

3.10.5 set_automatic_self_calibration_initial_period

Описание: Установка начального периода коррекции ASC (в часах) на основе пользовательского интервала измерения по запросу. По умолчанию начальный период коррекции ASC составляет 44 часа. Допустимые значения — целые числа, кратные 4 часам. Примечание: значение 0 приводит к немедленной коррекции. Чтобы сохранить настройку в EEPROM, необходимо ввести команду persist_settings (см. раздел 3.9.1).

3.10.6 get_automatic_self_calibration_initial_period

 

3.10.7 set_automatic_self_calibration_standard_period

Описание: Установка стандартного периода коррекции ASC (в часах) на основе пользовательского интервала измерения по запросу. По умолчанию стандартный период коррекции ASC составляет 156 часов. Допустимые значения — целые числа, кратные 4 часам. Чтобы сохранить настройку в EEPROM, необходимо ввести команду persist_settings (см. раздел 3.9.1).

3.10.8 get_automatic_self_calibration_standard_period

 

---

3.11 Вычисление контрольной суммы

8-битная контрольная сумма CRC, передаваемая после каждого слова данных, генерируется алгоритмом CRC. Его свойства показаны в таблице 32. CRC охватывает содержимое двух ранее переданных байтов данных (для расчета контрольной суммы используются только эти два ранее переданных байта данных). Обратите внимание, что за командными словами не должно быть контрольной суммы.

---

4 Механические характеристики

4.1 Краткое описание модуля

На рис. 3 схематически показана структура модуля. Угол с надрезом на защитной мембране служит знаком полярности, указывающим расположение контакта 1. Номинальные размеры и допуски указаны в таблице 36. Обратите внимание, что белую защитную мембрану в верхней части датчика нельзя снимать или трогать, чтобы обеспечить правильную работу датчика.

4.2 Схема пайки

Рекомендуемый рисунок контактных площадок, паяльная паста и паяльная маска показаны на рисунке 4. Это только рекомендации, а не спецификации. Точная геометрия маски, расстояния и толщина трафарета должны быть адаптированы к процессам пайки заказчика.

4.3 Упаковка с лентой и катушкой

 

4.4 Уровень чувствительности к влаге

Датчики Sensirion SCD4x должны обрабатываться в соответствии с уровнем чувствительности к влаге 3 (MSL3), как описано в IPC/JEDEC J-STD-033B1. Воздействие уровня влажности или температуры оплавления припоя, которые превышают пределы, указанные в этом документе, может привести к снижению производительности и надежности.
Время производства (без упаковки) на стороне клиента составляет 168 часов при нормальных заводских условиях (≤30°C и относительной влажности 60%). Если датчики не были установлены в течение этого времени, или подверглись воздействию более высоких температур и влажности (>30°C и относительной влажности >60%), или есть какие-либо сомнения относительно герметичности сухой упаковки, детали следует подвергнуть сушке ( параметры сушки см. Таблицу 38). Максимально допустимая температура сушки составляет 40°C, если датчики находятся внутри барабана.

 

4.5 Инструкции по пайке

Датчики рассчитаны на профиль пайки на основе IPC/JEDEC J-STD-020 с максимальной пиковой температурой 245°C в течение 30 секунд и сборку без свинца в ИК/конвекционных печах оплавления. Дополнительную информацию см. в Таблице 39.

Обратите внимание, что из-за размера и формы датчика SCD4x во время пайки оплавлением может возникнуть значительная разница температур на чувствительном элементе. В частности, температура внутри колпачка датчика может быть выше, чем температура, измеренная на площадке с использованием обычных методов мониторинга температуры. Необходимо следить за тем, чтобы температура 245°C никогда не превышала ни в одной части датчика.

SCD4x несовместим с пайкой оплавлением в газовой фазе. Пылезащитную крышку на верхней части крышки нельзя снимать или смачивать какой-либо жидкостью. Не наносите дополнительный флюс во время пайки оплавлением или припоя оплавлением более одного раза. Не применяйте какие-либо этапы процесса промывки платы после пайки оплавлением.

Незначительные временные отклонения в точности показаний CO2 могут возникнуть в результате пайки SCD4x оплавлением. Полная точность датчика восстанавливается максимум через пять дней после процесса пайки, независимо от того, эксплуатируется датчик или нет.

 

4.6 Прослеживаемость и идентификация

Все датчики SCD4x имеют отдельный электронный серийный номер для идентификации и отслеживания (см. раздел 3.9.2). Серийный номер может быть расшифрован только компанией Sensirion и позволяет отслеживать его на всех этапах производства, калибровки и тестирования.

Все датчики SCD4x имеют лазерную маркировку на боковой стенке крышки датчика. Лазерная маркировка содержит вариант продукта (т. е. SCD40 или SCD41) и серийный номер продукта в матрице данных (рис. 6).

 

---

5 Информация для заказа

При заказе датчика CO2 SCD4x используйте названия деталей и номера продуктов, указанные в следующей таблице. Самую свежую информацию о продукции и местных дистрибьюторах можно найти на сайте https://www.sensirion.com/.

Название товара	Описание	Количество	Product Number
SCD40-D-R2	Компонент SMD датчика CO2 SCD40 в виде катушки, I2C	600 датчиков на катушку	3.000.521
SCD40-D-R1	Компонент SMD датчика CO2 SCD40 в виде катушки, I2C	60 датчиков на катушку	3.000.496
SCD41-D-R2	Компонент SMD датчика CO2 SCD41 в виде катушки, I2C	600 датчиков на катушку	3.000.498
SCD41-D-R1	Компонент SMD датчика CO2 SCD41 в виде катушки, I2C	60 датчиков на катушку	3.000.497
SEK-SCD41-Sensor	SEK-SCD41-Комплект датчиков; SCD41 на макетной плате с кабелями	1	3.000.455
SEK-SensorBridge	Сенсорный мост для подключения датчика SEK-SCD41 к компьютеру	1	3.000.124

Таблица 36 Варианты заказа SCD4x