CCS811 空气质量传感器：设计应用全解析

在当今对空气质量关注度日益提升的时代，空气质量传感器成为众多应用的关键组件。今天我们要深入探讨的 CCS811 空气质量传感器，以其出色的性能和丰富的功能，在空气检测领域占据重要地位。

文件下载：SEN0339.pdf

一、CCS811 传感器概述

CCS811 空气质量传感器能够精准测量 eCO2（等效二氧化碳）和 TVOC（总挥发性有机化合物）的密度。它采用了 AMS 独特的微热板技术，相比传统气体传感器，具有显著优势。功耗更低，加热速度更快，体积也更小。内部集成的 ADC 和 MCU 能够完成数据的采集、计算，并通过 IIC 接口返回结果。该传感器还支持浓度报警功能，当被测物质浓度超过用户设定的阈值时，会触发报警。

1. 多种工作模式

CCS811 支持多种工作模式，如每秒检测一次、每 10 秒检测一次、每分钟检测一次、每 250 毫秒检测一次以及睡眠模式。这些模式针对传感器测量过程中的低功耗进行了优化，非常适合便携式应用。不过需要注意的是，该芯片在 IIC 通信中会拉伸时钟，因此与某些控制器（如树莓派）不兼容。

2. 对人体的影响

了解二氧化碳和 TVOC 浓度对人体的影响至关重要。下面是不同浓度下这些物质对人体影响的表格：	二氧化碳浓度（PPM）	对人体的影响	TVOC 浓度（PPB）	对人体的影响
<500	正常	<50	正常
500 - 1000	有点不舒服	50 - 750	焦虑、不舒服
1000 - 2500	疲劳	750 - 6000	抑郁、头痛
2500 - 5000	不健康	>6000	头痛及其他神经问题

二、传感器特性与规格

1. 特性

• 短预热时间：预热时间小于 15 秒，上电后能快速进行准确测量。
• 低功耗：适合长时间运行和便携式设备。
• 高集成度：集成了 MCU 和 ADC，简化了设计。
• IAQ 阈值警报：可设置阈值，当浓度超标时发出警报。

2. 规格参数

• 工作电压：3.3V - 5.5V
• 预热时间：<15s
• IIC 地址：默认 0x5A，也可设置为 0x5B
• 工作温度范围：-40℃ - 85℃
• 工作湿度范围：0ppb - 1100ppb
• 尺寸：1620mm（0.630.79“）

三、引脚说明

CCS811 传感器的引脚功能如下表所示：	引脚编号	引脚标签	说明
1	VCC	电源正极
2	GND	电源负极
3	SCL	IIC 时钟线
4	SDA	IIC 数据线
5	INT	中断引脚，低电平触发中断
6	WAKE	开关引脚，低电平唤醒，高电平休眠
7	RST	复位引脚，低电平复位

四、使用教程

1. 基本要求

• 硬件：DFRduino UNO R3（或类似开发板）、CCS811 空气质量传感器、跳线。
• 软件：Arduino IDE，需下载并安装 CCS811 库和示例代码。

2. API 函数列表

• bool checkDataReady()：判断是否可以读取数据。
• void setInTemHum(float temperature, float humidity)：设置环境参数，包括温度和湿度。
• setMeasurementMode(eCycle_t mode, uint8_t thresh = 0, uint8_t interrupt = 0)：配置测量参数，如测量模式、中断设置等。
• uint16_t getCO2PPM()：获取当前二氧化碳浓度，单位为 ppm。
• uint16_t getTVOCPPB()：获取当前 TVOC 浓度，单位为 ppb。
• uint16_t readBaseLine()：读取当前基线值。
• void writeBaseLine(uint16_t baseLine)：将基线值写入寄存器。

3. 示例代码

（1）获取基线

获取基线的目的是为了在传感器预热后能快速显示空气质量。在传感器运行的第一周，建议每 24 小时保存一次新基线；运行一周后，可每 1 - 28 天保存一次。需要注意的是，要将传感器放置在新鲜空气环境中 20 分钟以上才能获取基线，并且不同传感器和不同测量周期的基线可能不同。

#include "DFRobot_CCS811.h"
DFRobot_CCS811 CCS811;

void setup(void) {
  Serial.begin(115200);
  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.println(CCS811.readBaseLine(), HEX);
  } else {
    Serial.println("Data is not ready!");
    delay(1000);
  }
}

（2）获取数据

可以将基线值输入到 sensor.writeBaseLine() 函数中，若不想设置基线，可在示例程序中禁用该函数，此时传感器会自动校准基线，但过程可能较长。上传程序到 UNO 后，打开串口监视器即可查看二氧化碳和 TVOC 浓度。

#include "DFRobot_CCS811.h"
DFRobot_CCS811 CCS811;

void setup(void) {
  Serial.begin(115200);
  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!");
    CCS811.writeBaseLine(0x447B);
    delay(1000);
  }
}

（3）浓度报警

将基线值输入到 sensor.writeBaseLine() 函数并上传到 UNO。当 CO2 浓度从当前范围（低、中、高）变化到另一个范围（变化超过 50 ppm）时，会产生中断并打印当前 CO2 值。此示例需要将传感器的 INT 引脚连接到主板上相应的中断引脚。

#include "DFRobot_CCS811.h"
volatile int8_t GPIO1TRIG = 0;
DFRobot_CCS811 CCS811;

void setup(void) {
  Serial.begin(115200);
  while(CCS811.begin() != 0){
    Serial.println("failed to init chip, please check if the chip connection is fine");
    delay(1000);
  }
  attachInterrupt(0, interrupt, RISING);
  CCS811.setMeasurementMode(CCS811.eCycle_250ms, 1, 1);
  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;
}

五、更多文档与资源

如果你需要更多信息，可以参考以下文档：

• 原理图
• 尺寸图
• 数据手册
• CCS811 基线说明

你可以从 DFRobot 商店 或 DFRobot 经销商 处获取 CCS811 空气质量传感器。

在实际应用中，你是否遇到过 CCS811 传感器与其他设备兼容性的问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。