【CW32模块使用】SGP30气体传感器

CW32生态社区 2024-12-30 565

CW32生态社区

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描述

SGP30是一款单一芯片上具有多个传感元件的金属氧化物气体传感器，内集成4个气体传感元件，具有完全校准的空气质量输出信号。另外，SGP易于集成，能够将金属氧化物气体传感器集成到移动设备中，为智能家居、家电和物联网应用中的环境监测开辟了新的可能性。主要用于甲醛的检测!

一、模块来源

模块实物展示：
 

气体传感器


资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/16ITjdV34J8K2Wu24sB_iPg
资料提取码：1vds

二、规格参数

工作电压：3.3V

工作电流：40mA

输出方式: IIC

管脚数量：4 Pin

以上信息见厂家资料文件

三、移植过程

我们的目标是将例程移植至CW32F030C8T6开发板上【能够测量甲醛】。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现读取数据，再移植至我们的工程。

3.1查看资料

SGP30是一款单一芯片上具有多个传感元件的金属氧化物室内气体传感器，内部集成4个气体传感元件，具有完全校准的空气质量输出信号，主要是对空气质量进行检测。可以输出：

TVOC（Total Volatile Organic Compounds，总挥发性有机物），量程为0~60000ppb；CO2浓度，量程400~60000ppm。

 

气体传感器

 

SGP30的传感（MEMS）部分基于金属氧化物（MOx）纳米颗粒的加热膜。气敏材料——金属氧化物颗粒上吸附的氧气与目标气体发生反应，从而释放出电子。这导致由传感器测量的金属氧化物层的电阻发生改变。简而言之，还原性气体的出现造成气敏材料表面氧浓度降低，改变了半导体的电阻（或电导率）。后续通过电路（ASIC）部分对电阻进行检测、信号处理与转换等，最终获取到气体值。

 

气体传感器

 

I2C从机地址是0X58，由于地址只用到了7bit，最高位未使用，最低位为判断是读还是写，为0是读，为1是写，所以：

  1. 对于写SGP30，地址为(0X58 << 1) = 0XB0
  2. 对于读SGP30，地址为((0X58 << 1)) | 0X01 = 0XB1

 

气体传感器

 

SGP30的命令都是双字节的，先发高位。有如下命令：

 

气体传感器

 

常用的有两个，一个是0x2003为初始化SGP30命令，另一个0x2008为获取空气质量值命令。

SGP30获取的数据格式为：2位CO2数据+1位CO2的CRC校验+2位TVOC数据+1位TVOC的CRC校验。模块上电需要15s左右初始化，在初始化阶段读取的CO2浓度为400ppm，TVOC为0ppd且恒定不变。因此上电后一直读，直到TVOC不为0并且CO2不为400，SGP30模块才初始化完成。

初始化完成后刚开始读出数据会波动比较大，属于正常现象，一段时间后会逐渐趋于稳定。气体类传感器比较容易受环境影响，测量数据出现波动是正常的，可以添加滤波函数进行滤波。

3.2引脚选择

气体传感器

模块接线图

3.3移植至工程

移植步骤中的导入.c和.h文件与【CW32模块使用】DHT11温湿度传感器相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_sgp30.c与bsp_sgp30.h。这里不再过多讲述，移植完成后面修改相关代码。

在文件bsp_sgp30.c中，编写如下代码。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#include "bsp_sgp30.h"
#include "stdio.h"

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：SGP30_GPIO_Init
 * 函 数 说 明：SGP30的引脚初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：只是引脚初始化，真正初始化： SGP30_Init
******************************************************************/
void SGP30_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化结构体

    RCC_SGP30_ENABLE();        // 使能GPIO时钟

    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA|GPIO_SCL;   // GPIO引脚
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;    // 输出速度高
    GPIO_Init(PORT_SGP30, &GPIO_InitStruct);   // 初始化
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Start
 * 函 数 说 明：IIC起始时序
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
        SDA_OUT();

        SCL(0);
        delay_us(1);

        SDA(1);
        SCL(1);
        delay_us(5);

        SDA(0);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        delay_us(5);

}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Stop
 * 函 数 说 明：IIC停止信号
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
        SDA_OUT();

        SCL(0);
        SDA(0);

        SCL(1);
        delay_us(5);
        SDA(1);
        delay_us(5);

}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Send_Ack
 * 函 数 说 明：主机发送应答或者非应答信号
 * 函 数 形 参：0发送应答  1发送非应答
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Send_Ack(unsigned char ack)
{
        SDA_OUT();
        SCL(0);
        SDA(0);
        delay_us(5);
        if(!ack) SDA(0);
        else     SDA(1);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        SDA(1);
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：I2C_WaitAck
 * 函 数 说 明：等待从机应答
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：0有应答  1超时无应答
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char I2C_WaitAck(void)
{

        char ack = 0;
        unsigned char ack_flag = 10;
        SCL(0);
        SDA(1);
        SDA_IN();
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);

        while( (SDA_GET()==1) && ( ack_flag ) )
        {
                ack_flag--;
                delay_us(5);
        }

        if( ack_flag <= 0 )
        {
                IIC_Stop();
                return 1;
        }
        else
        {
                SCL(0);
                SDA_OUT();
        }
        return ack;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Send_Byte
 * 函 数 说 明：写入一个字节
 * 函 数 形 参：dat要写人的数据
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void Send_Byte(uint8_t dat)
{
        int i = 0;
        SDA_OUT();
        SCL(0);//拉低时钟开始数据传输

        for( i = 0; i < 8; i++ )
        {
                SDA( (dat & 0x80) > > 7 );
                delay_us(1);
                SCL(1);
                delay_us(5);
                SCL(0);
                delay_us(5);
                dat< <=1;
        }
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Read_Byte
 * 函 数 说 明：IIC读时序
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：读到的数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char Read_Byte(void)
{
    unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i< 8;i++ )
    {
        SCL(0);
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        receive< <=1;
        if( SDA_GET() )
        {
                receive|=1;
        }
        delay_us(5);
    }
    SCL(0);
  return receive;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：SGP30_Write
 * 函 数 说 明：SGP30写命令
 * 函 数 形 参：regaddr_H命令高8位   regaddr_L命令低8位
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void SGP30_Write_cmd(uint8_t regaddr_H, uint8_t regaddr_L)
{
  IIC_Start();
  Send_Byte(0XB0); //发送器件地址+写指令
  I2C_WaitAck();
  Send_Byte(regaddr_H);           //发送控制地址
  I2C_WaitAck();
  Send_Byte(regaddr_L);    //发送数据
  I2C_WaitAck();
  IIC_Stop();
  delay_ms(100);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：
 * 函 数 说 明：
 * 函 数 形 参：
 * 函 数 返 回：
 * 作       者：LC
 * 备       注：SGP30获取的数据格式为：2位CO2数据+1位CO2的CRC校验+2位TVOC数据+1位TVOC的CRC校验。
                模块上电需要15s左右初始化，在初始化阶段读取的CO2浓度为400ppm，TVOC为0ppd且恒定不变。
                因此上电后一直读，直到TVOC不为0并且CO2不为400，SGP30模块才初始化完成。
                初始化完成后刚开始读出数据会波动比较大，属于正常现象，一段时间后会逐渐趋于稳定。
                气体类传感器比较容易受环境影响，测量数据出现波动是正常的，可以添加滤波函数进行滤波。
******************************************************************/
uint32_t SGP30_Read(void)
{
  uint32_t dat;
  uint8_t crc;

  IIC_Start();
  Send_Byte(0XB1); //发送器件地址+读指令
  I2C_WaitAck();

  dat = Read_Byte();//CO2数据高8位
  IIC_Send_Ack(0);
  dat < <= 8;

  dat += Read_Byte();//CO2数据低8位
  IIC_Send_Ack(0);

  crc = Read_Byte(); //CO2的CRC校验
  IIC_Send_Ack(0);
  crc = crc;


  dat < <= 8;
  dat += Read_Byte();//TVOC数据高8位
  IIC_Send_Ack(0);

  dat < <= 8;
  dat += Read_Byte();//TVOC数据低8位
  IIC_Send_Ack(1);

  IIC_Stop();
  return(dat);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：SGP30_Init
 * 函 数 说 明：SGP30初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void SGP30_Init(void)
{
    SGP30_GPIO_Init();
    SGP30_Write_cmd(0x20, 0x03);
}

在文件bsp_sgp30.h中，编写如下代码。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#ifndef _BSP_SGP30_H_
#define _BSP_SGP30_H_

#include "board.h"


//端口移植
#define RCC_SGP30_ENABLE()      __RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define PORT_SGP30              CW_GPIOB

#define GPIO_SDA                GPIO_PIN_8
#define GPIO_SCL                GPIO_PIN_9

//设置SDA输出模式
#define SDA_OUT()   {        
                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                
                        GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA;                 
                        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;      
                        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;         
                        GPIO_Init(PORT_SGP30, &GPIO_InitStruct);       
                     }
//设置SDA输入模式
#define SDA_IN()    {        
                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                
                        GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA;                 
                        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;         
                        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;         
                        GPIO_Init(PORT_SGP30, &GPIO_InitStruct);       
                    }
//获取SDA引脚的电平变化
#define SDA_GET()       GPIO_ReadPin(PORT_SGP30, GPIO_SDA)
//SDA与SCL输出
#define SDA(x)          GPIO_WritePin(PORT_SGP30, GPIO_SDA, (x?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET) )
#define SCL(x)          GPIO_WritePin(PORT_SGP30, GPIO_SCL, (x?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET) )

void SGP30_Init(void);
uint32_t SGP30_Read(void);
void SGP30_Write_cmd(uint8_t a, uint8_t b);

#endif

 

四、移植验证

在自己工程中的main主函数中，编写如下。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#include "board.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_sgp30.h"

int32_t main(void)
{
    board_init();        // 开发板初始化

    uart1_init(115200);        // 串口1波特率115200

    SGP30_Init();
    delay_ms(100);

    while (1)
    {
        uint32_t CO2Data, TVOCData;  //定义CO2浓度变量与TVOC浓度变量
        uint32_t sgp30_dat;          //定义SGP30读取到的数据

        SGP30_Write_cmd(0x20,0x08);
        sgp30_dat = SGP30_Read();                  //读取SGP30的值
        CO2Data = (sgp30_dat & 0xffff0000) > > 16;  //获取CO2的值
        TVOCData = sgp30_dat & 0x0000ffff;         //获取TVOC的值
        printf("CO2 : %0.2drnTVOC : %0.2drn",CO2Data,TVOCData);
        delay_ms(1000);
    }
}

上电效果：

气体传感器

模块移植成功案例代码：

链接：https://pan.baidu.com/s/1oAz63Y8tBthuKPTtWsNcxw?pwd=LCKF

提取码：LCKF

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