CCS811数字空气质量传感器

简介

CCS811空气质量传感器能够测量eCO2(equivalent CO2)和TVOC(Total Volatile Organic Compounds)浓度。可用于空气测量应用,例如:空气质量检测、空气净化器、新风系统等。

CCS811使用AMS独有的微热板技术,相比传统的气体传感器,功耗更低、预热时间更短、体积更小。内部集成ADC和MCU,可以对数据进行采集、计算,并且通过I2C返回数据。

CCS811支持多种模式:每1秒、10秒、1分钟、250毫秒测量一次以及休眠模式,这些模式在传感器测量期间进行了低功耗优化,因此CCS811适用于便携式应用。CCS811支持浓度报警,

当浓度超过用户设置的阈值时,INT引脚就会触发。

⚠注意:该芯片对I2C进行了时钟延展,有些控制器不支持时钟延展,例如树莓派。

二氧化碳浓度参考

二氧化碳浓度(ppm) 人体反映
<500 正常
500-1000 感到空气污浊
1000-2500 感到困倦
2500-5000 对健康不利
大于5000 有中毒危险

TVOC浓度参考

TVOC浓度(ppb) 人体反应
<50 正常
50-750 可能会急躁不安和不舒服
750-6000 可能会急躁不安、不舒服和头疼
>6000 头痛和其他神经问题

应用场景

技术规格

尺寸图

引脚说明

顶部示意图
底部示意图

序号 丝印 功能描述
1 +/VCC 电源正极
2 -/GND 电源负极
3 C/SCL I2C时钟线
4 D/SDA I2C数据线
5 3V3 3.3V电源正极
6 WAKE 模式选择引脚:低电平唤醒/高电平睡眠
7 INT 中断引脚:低电平中断
8 RST 复位引脚:低电平复位
9 ADDR_SEL I2C地址选择:低电平0x5A(默认)/高电平0x5B

使用教程

该产品使用的是Gravity标准I2C接口,使用起来比较简单,按接线图所示将传感器与uno(或其它主板)相连接, 该产品预热时间短,在上电后很短时间就能有准确的读数,在设置环境基线后能够更快的有准确读数(下面会讲基线获取和设置方法)

注意:数据手册建议在第一次使用传感器时,先运行48小时

准备

关于如何安装库文件,点击链接

  /**
   * @功能 判断是否可以读取数据
   * @返回 可以读取时为true,否则为false
   */
  bool checkDataReady();
    /**
   * @功能 设置环境参数
   * @参数 温度输入温度值,单位:摄氏度,范围(-40-85℃)
   * @参数 湿度输入湿度值,单位:%RH,范围(0-100%RH)
   */
  void setInTemHum(float temperature, float humidity);

  /**
   * @功能 设置测量周期和中断
   * @参数 cycle: eClosed      :空闲(在此模式下禁用测量)
   *              eCycle_1s    :每秒进行一次测量
   *              eCycle_10s   :每10秒进行一次测量
   *              eCycle_60s   :每60秒进行一次测量
   *              eCycle_250ms :每250ms进行一次测量
   * @参数 thresh: 0:禁止报警中断
   *               1:启用报警中断
   * @参数 interrupt: 0:禁止采集中断
   *                  1:启用采集中断
   */
  void setMeasurementMode(eCycle_t mode, uint8_t thresh = 0, uint8_t interrupt = 0, );

  /**
   * @功能 获取当前的二氧化碳浓度
   * @返回 当前二氧化碳浓度,单位:ppm
   */
  uint16_t  getCO2PPM();
  /**
   * @功能 获取当前的TVOC浓度
   * @返回 返回当前的TVOC浓度,单位:ppb
   */
  uint16_t getTVOCPPB();

  /**
   *@功能 获取当前的基线值
   *@返回 当前基线值的十六进制数
   */
  uint16_t readBaseLine();

  /**
   *@功能 将基线编值写入寄存器
   *@参数 从getBaseLine.ino获取一个十六进制数
   */
  void writeBaseLine(uint16_t baseLine);

接线图

<File:SEN0318-CONNECT.jpg>

样例代码1 - 获取基线

为什么要获取基线?

因为之后你可以写入获取的基线,这样可以让传感器预热后立即显示空气质量,否则在污染空气中启动时需要非常久的时间才有正确读数 数据手册对基线校准的建议:在运行传感器的第一周,建议每24小时保存一个新的基线,运行1周后,可以每1-28天保存一次

特别注意:请放在空气清新的环境中(20分钟以上)获取基线,不同传感器、不同测量周期基线不同

/*!
 * @file getBaseLine.ino
 * @brief Put the module in clear air and work a few minutes, wait for baseline doing not change 
 * @n Experiment phenomenon: get
 *
 * @copyright    Copyright (c) 2010 DFRobot Co.Ltd (https://www.dfrobot.com)
 * @licence     The MIT License (MIT)
 * @author [LuoYufeng](yufeng.luo@dfrobot.com)
 * @version  V0.1
 * @date  2019-07-19
 * @get from https://www.dfrobot.com
 * @url https://github.com/DFRobot/DFRobot_CCS811
 */
#include "DFRobot_CCS811.h"


/*
 * IIC address default 0x5A, the address becomes 0x5B if the ADDR_SEL is soldered.
 */
//DFRobot_CCS811 CCS811(&Wire, /*IIC_ADDRESS=*/0x5A);
DFRobot_CCS811 CCS811;

void setup(void)
{
    Serial.begin(115200);
    /*Wait for the chip to be initialized completely, and then exit*/
    while(CCS811.begin() != 0){
        Serial.println("failed to init chip, please check if the chip connection is fine");
        delay(1000);
    }
}
void loop() {
    if(CCS811.checkDataReady() == true){
        /*!
         * @brief Set baseline
         * @return baseline in clear air
         */
        Serial.println(CCS811.readBaseLine(), HEX);

    } else {
        Serial.println("Data is not ready!");
    }
    //delay cannot be less than measurement cycle
    delay(1000);
}

结果

经过一段时间后基线稳定
<File:基线结果.jpg>

样例代码2 - 获取数据

请将获取到的基线值填入到sensor.writeBaseLine();这个函数中。如果您不设置基线请在示例程序中将这个函数屏蔽,传感器将自动校准基线,但是这个过程非常缓慢。

上传到UNO后打开串口监视器我们可以的看到CO2和TVOC浓度。

/*!
 * @file readData.ino
 * @brief Read the concentration of carbon dioxide and TVOC
 * @n Experiment phenomenon: read data every 0.5s, and print it out on serial port. 
 *
 * @copyright    Copyright (c) 2010 DFRobot Co.Ltd (https://www.dfrobot.com)
 * @licence     The MIT License (MIT)
 * @author [LuoYufeng](yufeng.luo@dfrobot.com)
 * @version  V0.1
 * @date  2019-07-19
 * @get from https://www.dfrobot.com
 * @url https://github.com/DFRobot/DFRobot_CCS811
 */
#include "DFRobot_CCS811.h"

/*
 * IIC address default 0x5A, the address becomes 0x5B if the ADDR_SEL is soldered.
 */
//DFRobot_CCS811 CCS811(&Wire, /*IIC_ADDRESS=*/0x5A);
DFRobot_CCS811 CCS811;

void setup(void)
{
    Serial.begin(115200);
    /*Wait for the chip to be initialized completely, and then exit*/
    while(CCS811.begin() != 0){
        Serial.println("failed to init chip, please check if the chip connection is fine");
        delay(1000);
    }
}
void loop() {
    if(CCS811.checkDataReady() == true){
        Serial.print("CO2: ");
        Serial.print(CCS811.getCO2PPM());
        Serial.print("ppm, TVOC: ");
        Serial.print(CCS811.getTVOCPPB());
        Serial.println("ppb");

    } else {
        Serial.println("Data is not ready!");
    }
    /*!
     * @brief Set baseline
     * @param get from getBaseline.ino
     */
    CCS811.writeBaseLine(0x447B);
    //delay cannot be less than measurement cycle
    delay(1000);
}

结果

<File:CCS811数据结果.png>

样例代码3 - 浓度报警

请将获取到的基线值填入到sensor.writeBaseLine();这个函数中。如果您不设置基线请在示例程序中将这个函数屏蔽,传感器将自动校准基线,但是这个过程非常缓慢。

当CO2浓度从当前范围(低、中、高)移动到另一个范围(超过50ppm),则产生中断,并在打印当前CO2值。

本样例需要将传感器的INT引脚连接到主控板相应的中断引脚(样例选用的UNO中断引脚D2)。

AVR系列中断引脚与中断号
Uno,Nano,Mini 其他328主板 中断引脚 D2 D3
Uno,Nano,Mini 其他328主板 中断号 0 1
Mega2560 中断引脚 D2 D3 D21 D20 D19 D18
Mega2560 中断号 0 1 2 3 4 5
Leonardo,其他32u4主板 中断引脚 D3 D2 D0 D1 D7
Leonardo,其他32u4主板 中断号 0 1 2 3 4
/*!
 * @file setInterrupt.ino
 * @brief Set interrupt parameter, when CO2 concentration range changes, get an interrupt
 * @n Experiment phenomenon: read data every 1s, and print it out on serial port.
 *
 * @copyright    Copyright (c) 2010 DFRobot Co.Ltd (https://www.dfrobot.com)
 * @licence     The MIT License (MIT)
 * @author [LuoYufeng](yufeng.luo@dfrobot.com)
 * @version  V1.0
 * @date  2019-07-13
 * @get from https://www.dfrobot.com
 * @url https://github.com/DFRobot/DFRobot_Sensor
 */
#include "DFRobot_CCS811.h"

volatile  int8_t GPIO1TRIG = 0;

/*
 * IIC address default 0x5A, the address becomes 0x5B if the ADDR_SEL is soldered.
 */
//DFRobot_CCS811 CCS811(&Wire, /*IIC_ADDRESS=*/0x5A);
DFRobot_CCS811 CCS811;

void setup(void)
{
    Serial.begin(115200);
    /*wait for the chip to be initialized completely, and then exit*/
    while(CCS811.begin() != 0){
        Serial.println("failed to init chip, please check if the chip connection is fine");
        delay(1000);
    }
    attachInterrupt(0, interrupt, RISING);
    /**
     * @brief Measurement parameter configuration 
     * @param mode:in typedef enum{
     *              eClosed,      //Idle (Measurements are disabled in this mode)
     *              eCycle_1s,    //Constant power mode, IAQ measurement every second
     *              eCycle_10s,   //Pulse heating mode IAQ measurement every 10 seconds
     *              eCycle_60s,   //Low power pulse heating mode IAQ measurement every 60 seconds
     *              eCycle_250ms  //Constant power mode, sensor measurement every 250ms 1xx: Reserved modes (For future use)
     *          }eCycle_t;
     * @param thresh:0 for Interrupt mode operates normally; 1 for interrupt mode only asserts the nINT signal (driven low) if the new
     * @param interrupt:0 for Interrupt generation is disabled; 1 for the nINT signal is asserted (driven low) when a new sample is ready in
     */
    CCS811.setMeasurementMode(CCS811.eCycle_250ms, 1, 1);
    /**
     * @brief Set interrupt thresholds 
     * @param lowToMed: interrupt triggered value in range low to middle 
     * @param medToHigh: interrupt triggered value in range middle to high 
     */
    CCS811.setThresholds(1500,2500);
}
void loop() {
    if(GPIO1TRIG == 1){
        Serial.println("CO2 range has changed");
        Serial.print("CO2: ");
        Serial.print(CCS811.getCO2PPM());
        Serial.print("ppm, TVOC: ");
        Serial.print(CCS811.getTVOCPPB());
        Serial.println("ppb");
        delay(1000);
    }
    GPIO1TRIG = 0;
    Serial.print("CO2: ");
    Serial.print(CCS811.getCO2PPM());
    Serial.print("ppm, TVOC: ");
    Serial.print(CCS811.getTVOCPPB());
    Serial.println("ppb");
    CCS811.writeBaseLine(0x447B);
    delay(1000);
}


void interrupt(){
  GPIO1TRIG = 1;
}

结果

当对传感器呼气,CO2浓度范围发生了变化,产生了一次中断;当气体浓度降下来时,也产生了一次中断
<File:CCS811中断结果.png>

Mind+ Python模式编程(行空板)

Mind+Python模式为完整Python编程,因此需要能运行完整Python的主控板,此处以行空板为例说明

连接图

操作步骤

1、下载及安装官网最新软件。下载地址:https://www.mindplus.cc 详细教程:Mind+基础wiki教程-软件下载安装

2、切换到“Python模式”。“扩展”中选择“官方库”中的“行空板”和“pinpong库”中的”pinpong初始化“和“CCS811空气质量传感器”。切换模式和加载库的详细操作链接

3、进行编程

4、连接行空板,程序点击运行后,可在终端查看数据。行空板官方文档-行空板快速上手教程 (unihiker.com)

-获取基数

注意:请放在空气清新的环境中(20分钟以上)获取基数

-获取数据

代码编程

以pinpong库为例,行空板官方文档-行空板快速上手教程 (unihiker.com)

-获取基数

#  -*- coding: UTF-8 -*-

# MindPlus
# Python
from pinpong.libs.dfrobot_ccs811 import CCS811, CCS811_Ecycle
from pinpong.board import Board
import time


Board().begin()
p_ccs811 = CCS811()
p_ccs811.write_base_line(20091)

while True:
    print((str("基数:") + str(p_ccs811.read_baseline())))
    time.sleep(1)

-获取数据

#  -*- coding: UTF-8 -*-

# MindPlus
# Python
from pinpong.libs.dfrobot_ccs811 import CCS811, CCS811_Ecycle
from pinpong.board import Board
import time


Board().begin()
p_ccs811 = CCS811()
p_ccs811.write_base_line(20091)

while True:
    if p_ccs811.check_data_ready():
        print("二氧化碳:")
        print(p_ccs811.co2_ppm())
        print("TVOC:")
        print(p_ccs811.tvoc_ppb())
        print("")
    time.sleep(1)

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