今天，人們對(duì)周遭空氣質(zhì)量的好壞越來(lái)越關(guān)注，這種關(guān)注從室外宏觀的大氣質(zhì)量延伸到了室內(nèi)微觀小環(huán)境中的空氣質(zhì)量。在評(píng)估室內(nèi)空氣質(zhì)量時(shí)，有一個(gè)重要的指標(biāo)VOC，即揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds）。美國(guó)環(huán)境署（EPA）對(duì)VOC的定義是：除了一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金屬碳化物、碳酸鹽以及碳酸銨外，任何參與大氣中光化學(xué)反應(yīng)的含碳化合物。百度百科對(duì)VOC的描述是：“在常溫下可以蒸發(fā)的形式存在于空氣中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的氣味性，會(huì)影響皮膚和黏膜，對(duì)人體產(chǎn)生急性損害……是一類重要的空氣污染物。”

 

因此人們對(duì)于VOC的認(rèn)識(shí)越充分，就會(huì)越“緊張”于它的存在?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)室內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)估中，對(duì)VOC監(jiān)測(cè)的需求也會(huì)越來(lái)越多。這無(wú)疑會(huì)給VOC傳感器帶來(lái)更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

 

不過(guò)和其他物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相類似，室內(nèi)空氣質(zhì)監(jiān)測(cè)市場(chǎng)需求，也呈現(xiàn)出碎片化、多樣化的特點(diǎn)。如何根據(jù)市場(chǎng)環(huán)境的需求和變化進(jìn)化出有生存競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，是傳感器廠商的必答題。今天我們不妨通過(guò)剖析ams公司VOC傳感器的產(chǎn)品布局，來(lái)理解一下VOC傳感器的“進(jìn)化論”。

 

 

一個(gè)傳感器產(chǎn)品要想在今天的市場(chǎng)上立足，有幾個(gè)基本條件：性能好、身材小、功耗低。ams公司的經(jīng)典產(chǎn)品CCS801就是這樣一顆器件：它可感測(cè)廣泛的VOC氣體，提供PPB級(jí)的精度；采用2 x 3 mm的DFN封裝，占板面積小；具有優(yōu)化的低功耗模式，更省電，可用于便攜設(shè)備；采用特殊工藝，使用壽命可達(dá)5年；提供測(cè)量CO2 和VOC的軟件驅(qū)動(dòng)/算法，包括相對(duì)濕度和溫度的補(bǔ)償，便于用戶應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

 

這樣的表現(xiàn)，使得CCS801可以滿足市場(chǎng)上很多主流室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)應(yīng)用的需求，如樓宇、家庭，甚至是可穿戴設(shè)備。

 

CCS801應(yīng)用框圖

 

 

當(dāng)然，正如前文所述，在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)上依靠一顆器件“通吃”的想法是不現(xiàn)實(shí)的。室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，就是從工業(yè)和專用市場(chǎng)向消費(fèi)級(jí)的市場(chǎng)滲透；而在消費(fèi)電子市場(chǎng)，成本是一個(gè)需要優(yōu)先考慮的因素。為此，ams推出了一顆低成本的CCS811來(lái)應(yīng)對(duì)，讓經(jīng)典的設(shè)計(jì)“流行”起來(lái)。

 

和CCS801相比，CCS811繼承了其很多優(yōu)點(diǎn)，如：出色的感測(cè)范圍與精度、支持長(zhǎng)達(dá)5年壽命的特殊工藝等等。而兩者最大的差異在于，CCS811是一個(gè)數(shù)字VOC傳感器，其內(nèi)部集成了一個(gè)MCU，可以直接對(duì)傳感器的驅(qū)動(dòng)和測(cè)量進(jìn)行管理，并通過(guò)一個(gè)I2C接口與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。雖然集成了更多的功能，CCS811仍然保持了相當(dāng)“纖細(xì)”的身材，采用2.7 x 4.0mm的LGA封裝，使得PCB占板面積可以節(jié)省60%，節(jié)省了BOM成本。同時(shí)，由于內(nèi)部還集成了相應(yīng)的算法，使得終端產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)也得以簡(jiǎn)化，進(jìn)一步降低了整體的成本。想必消費(fèi)類用戶看到下面這個(gè)CCS811的性能清單，會(huì)非常動(dòng)心。

 

廣泛的VOC感測(cè)范圍

內(nèi)置MCU，無(wú)需外部主控MCU干預(yù)即可管理傳感器驅(qū)動(dòng)模式和測(cè)量、顯示IAQ數(shù)值

包含RH+T補(bǔ)償功能

標(biāo)準(zhǔn)I2C數(shù)字接口，與外部數(shù)據(jù)通信

集成相關(guān)算法，減少開(kāi)發(fā)周期

體積小，采用2.7 x 4.0mm LGA小型封裝

集成度高，減少系統(tǒng)BOM數(shù)量

功耗低，適用于電池供電便攜應(yīng)用

適用于大批量、高可靠性應(yīng)用，壽命可達(dá)5年

 

CCS811數(shù)字VOC傳感器應(yīng)用框圖

 

CCS811評(píng)估開(kāi)發(fā)板

 

 

在通過(guò)CCS811覆蓋消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的同時(shí)，ams公司針對(duì)高端以及高可靠性的應(yīng)用市場(chǎng)也有準(zhǔn)備，這就是IAQ Core。和CCS811相同，IAQ Core也是一顆集成了MCU以及相關(guān)算法數(shù)字傳感器，但是在性能上卻獨(dú)樹(shù)一幟，可謂是自帶“高能”。這些特性，無(wú)疑都會(huì)為IAQ Core在高性能應(yīng)用場(chǎng)景中加分。

 

可靠性高：IAQ Core采用塑料蓋帽和過(guò)濾膜保護(hù)，具有防水防塵的功能，適于復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)行。

靈敏度高：IAQ Core具有很高的靈敏度，響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)于VOC更為“敏感”。

穩(wěn)定性高：IAQ Core在同一測(cè)試環(huán)境中，不同傳感器的測(cè)試結(jié)果一致性更佳。

壽命長(zhǎng)：由于IAQ Core采用了MEMS工藝，產(chǎn)品壽命更長(zhǎng)，可達(dá)10年。

用戶價(jià)值 性能特點(diǎn)

室內(nèi)空氣質(zhì)量的高可靠性測(cè)量 CO2 equivalents (ppm)

TVOC equivalents (ppb)

高靈敏度和快速響應(yīng) 感應(yīng)范圍: 450~2000 ppm CO2 equivalents

         125~600 ppb TVOC equivalents

具有I2C 接口

外形小，易安裝 MEMS金屬氧化物傳感器

SMD型封裝

支持再流焊

模塊具有自動(dòng)基線校正

低功耗 66 mW （持續(xù)工作模式最大功耗）

9 mW （脈沖工作模式最大功耗）

 

IAQ Core的性能特點(diǎn)

 

CCS811和IAQ Core性能比較

 

作為與ams公司合作七年之久的“老牌”代理商，Excelpoint世健公司十分看好并全力推廣ams公司的IAQ Core、CCS811和CCS801。世健公司產(chǎn)品市場(chǎng)部總監(jiān)陳劍指出：“人們?cè)絹?lái)越關(guān)心室內(nèi)空氣質(zhì)量，確保自己和家人都能生活在安全的環(huán)境里。VOC傳感器針對(duì)樓宇新風(fēng)市場(chǎng)，具備超強(qiáng)的節(jié)能功能，減少能耗60%以上。無(wú)論是經(jīng)典型CCS801，主打低成本流行應(yīng)用的CCS801，還是高性能的IAQ Core，他們共同的設(shè)計(jì)理念都是從實(shí)際的應(yīng)用和用戶需求出發(fā)，不斷細(xì)化產(chǎn)品線，成為室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的Mr. Right。”