CCS811空气质量传感器引脚配置_工作原理_示例电路

CCS811空气质量传感器可以测量eCO2（当量CO2）和TVOC（总挥发性有机化合物）密度，广泛应用于空气质量检测、空气净化器、通风系统等诸多领域。

CCS811空气质量传感器采用AMS独特的微热板技术，与传统气体传感器相比，该传感器功耗更低、加热速度更快、体积更小。该器件内部集成的ADC和MCU允许通过IIC收集、计算和返回数据。CCS811支持浓度报警，当浓度超过用户设定的阈值时触发。

此外，CCS811空气质量传感器支持每秒检测、每10s检测、每1分钟检测、每250ms检测、睡眠模式等多种模式。这些模式针对传感器测量期间的低功耗进行了优化，因此CCS811也适用于便携式应用。

注意：芯片在IIC中延长了时钟。因此，它与某些控制器不兼容，例如Raspberry Pi。

附：二氧化碳和TVOC对人体的影响：

二氧化碳 (PPM)	对人体的影响	TVOC 浓度 (PPB)	对人体的影响
<500	普通的	<50	普通的
500-1000	有点不舒服	50-750	着急，不舒服
1000-2500	疲劳的	750-6000	抑郁、头痛
2500-5000	不良	>6000	头痛和其他神经问题

规格参数

• 工作电压：3.3V~5.5V
• 预热时间：<15s
• IIC 地址：0x5A（默认）/0x5B
• 工作温度：-40℃~85℃
• 工作湿度：0ppb~1100ppb
• 尺寸：16*20mm/0.63*0.79“

功能特性

• 预热时间短
• 低功耗
• 高度集成的MCU和ADC
• IAQ阈值警报

引脚配置

• Pin1 (VCC)：该引脚使用3.3V为电路板供电。
• Pin2 (GND)：GND引脚。
• Pin3 (SCL)：这是通过10K电阻拉至VCC的I2C时钟引脚。
• Pin4 (SDA)：这是I2C数据引脚，通过一个10K电阻连接到VCC。
• Pin5 (WAKE)：这是CO2传感器的唤醒引脚。
• Pin6 (INT)：这是中断o/p引脚。
• Pin7(RST)：复位引脚。

此外，CCS811还有一个Pin8 (ADD)，它是一个单一的地址选择位引脚，用于允许选择备用地址，一般情况下不常用。

功能框图

时钟特性

电源状态示意图

典型应用电路

CCS811与Arduino连接实例演示

产品预热时间短，一通电即可快速准确读数，可以通过设置环境基线来缩短读取时间（基线的获取和设置方法在下面进行说明）。

注意：首次使用时请运行该传感器48小时。

要求

• 硬件
  • DFRduino ONE R3（或类似）x 1
  • CCS811空气质量传感器 x 1
  • 跳线

• 软件
• Arduino IDE开发环境
• 下载并安装CCS811库和示例（地址：github.com/DFRobot/DFRobot_CCS811，不知道如何安装库，请自行搜索了解）

关于API函数列表

/**
* @brief Judge if the data can be read
* @return true when the reading is successful, false means it fails to read.
*/
bool checkDataReady();
/**
* @brief Set environment parameter
* @param temperature Input temperature value, unit: centigrade, range (-40~85℃)
* @param humidity Input humidity value, unit: RH, range (0~100)
*/
void setInTemHum(float temperature, float humidity);
/**
* @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
*/
setMeasurementMode(eCycle_t mode, uint8_t thresh = 0, uint8_t interrupt = 0),
/**
* @brief Get the current carbon dioxide concentration
* @return current carbon dioxide concentration, unit:ppm
*/
uint16_t getCO2PPM();
/**
* @brief Get current TVOC concentration
* @return Return current TVOC concentration, unit: ppb
*/
uint16_t getTVOCPPB();
/**
*@brief get the current baseline number
*@return a Hexadecimal number of the current baseline number
*/
uint16_t readBaseLine();
/**
*@brief write a baseline number into register
*@param a Hexadecimal number get from getBaseLine.ino
*/
void writeBaseLine(uint16_t baseLine);

连接电路原理图

连接电路实物图

示例代码

1、获取基线

为什么要得到基线？因为一旦得到它，就可以通过输入基线快速显示传感器预热后的空气质量。否则，在污染空气中启动时，需要很长时间才能正确读取。在运行传感器的第一周，建议每24小时保存一次新基线。运行1周后，每1-28天可保存一次。

注意：

• 请将其置于空气新鲜的环境中（20分钟或更长时间）以获得基线。
• 不同的传感器、不同的测量周期有不同的基线。

/*!
* @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 (http://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);
}

一段时间后，基线达到稳定值。

2、获取数据

给函数输入基线值sensor.writeBaseLine();如果不想设置基线，请在示例程序中禁用该功能。传感器会自动校准基线，但这将是一个相当漫长的过程。函数上传到UNO后，打开串口监视器可以查看二氧化碳浓度和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 (http://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);
}

预期成绩如下：

3、浓度报警

将基线值输入函数sensor.writeBaseLine();上传到UNO，当CO2浓度从当前范围（低、中、高）移动到另一个范围（大于50ppm）时，产生中断并打印当前CO2值。

注意：本例需要将传感器的INT引脚连接到主板上相应的中断引脚（示例中选择了UNO的D2）。

AVR系列中断引脚和中断号说明如下：

	328主板：Uno、Nano、Mini…	Mega2560	32u4主板：Leonardo...
中断引脚	D2, D3	D2、D3、D21、D20、D19、D18	D3、D2、D0、D1、D7
中断号	0, 1	0, 1, 2, 3, 4, 5	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 (http://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;
}

预期成绩如下：

封装设计参数

总结

CCS811是一种超低功率数字气体传感器解决方案，它集成了金属氧化物（MOX）气体传感器，用于检测室内空气质量监测的各种挥发性有机化合物（VOC），并配有微控制器单元（MCU），其中包括模数转换器（ADC）和I²C接口。

CCS811集成了MCU管理传感器驱动程序模式和测量。I²C数字接口大大简化了硬件和软件设计，从而加快了上市时间。CS811支持智能算法来处理原始传感器测量值，以输出等效总VOC（eTVOC）和等效CO2（eCO2）值，其中VOC的主要原因是来自人类。

CCS811支持多种测量模式，这些模式已针对有源传感器测量期间的低功耗进行了优化，并且在便携式应用中支持延长电池寿命的空闲模式。该器件采用2.7mmx4.0mmx1.1mm、0.6mm间距的10引脚LGA封装（封装示意图如上所示）。