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在 RT-Thread 中快速使用 CCS811 传感器

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发布于 2020-07-04 22:16:25 浏览：974 订阅该版

[tocm]

## 1、CCS811 传感器

ccs811 软件包是 CCS811 气体传感器的驱动软件包。CCS811 是一款低功耗数字气体传感器，用于检测室内低水平的挥发性有机化合物和二氧化碳浓度，内部集成微控制器单元 (MCU) 和模数转换器（ADC），并提供通过标准 I2C 数字接口获取 CO2 或 TVOC 数据。

CCS811 模块支持 I2C 接口，IIC 地址可配置为 0x5A 或 0X5B。

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200704210908902.jpg)

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 IIC 进行了时钟延展，有些控制器不支持时钟延展，例如树莓派。

### 1.1 技术规格

- 供电电压：3.3V~5.5 V
- 预热时间：<15s
- IIC地址：0x5A 或 0X5B
- 工作温度范围：-40℃~85℃
- 工作湿度范围：10%RH~95%RH
- eCO2测量范围：400ppm~8000ppm
- TVOC测量范围：0ppb~1100ppb
- 产品尺寸：22*31mm

### 1.2 功能特性

- 集成 MCU
- 板载处理
- 标准数字接口
- 优化的低功耗模式
- IAQ 阈值报警
- 可编程基线-2.7mm x 4.0mm LGA 封装
- 低元件数
- 成熟的技术平台

### 1.3 应用场景

- 车内空气质量检测
- 室内空气质量检测
- 空气净化器
- 家庭控制器
- 新风系统

## 2、使用 ccs811 软件包

### 2.1 添加软件包

为了在项目中快速集成 CCS811 传感器进行应用开发，笔者制作了基于 RT-Thread 的 ccs811 软件包。

GitHub 地址： <https://github.com/luhuadong/rtt-ccs811>。

使用 ccs811 软件包，需要在 RT-Thread 的包管理器中选择它，具体路径如下：

```
RT-Thread online packages --->
    peripheral libraries and drivers --->
        [*] sensors drivers  --->
            [*] CCS811: Digital Gas Sensor for Monitoring Indoor Air Quality..
```

打开 Env 工具，执行 `pkgs --upgrade` 更新 RT-Thread 软件包索引。更新完成后，在你的 BSP 工程目录中执行 menuconfig 进行配置，添加 ccs811 软件包，如下图所示。

![添加CCS811软件包.png](/uploads/20200704/a8a7503b08f53b209afa0acf7ca0ca42.png)

然后让 RT-Thread 的包管理器自动更新，或者使用 `pkgs --update` 命令更新包到 BSP 中。

### 2.2 配置选项

ccs811 软件包目前提供两个配置选项：

- 选择 I2C 地址（`PKG_USING_CCS811_I2C_ADDRESS`）
- 是否使用示例程序（`PKG_USING_CCS811_SAMPLE`）

用户可根据 CCS811 实际的硬件连接，选择 I2C 地址为 0x5A 或 0x5B。

## 3 测试

### 3.1 编译下载

ccs811 软件包中提供了测试示例，只需在 menuconfig 配置中勾选 “Enable ccs811 sample” 即可。为了完成测试，还需要开启 “Sensor cmd” 功能。

![添加CCS811软件包_启动Sensor-cmd.png](/uploads/20200704/bc2d520de2ef8e1dc917a6e0c6610988.png)

对了，别忘了配置 I2C 总线！ccs811 软件包的示例默认使用 i2c1，因此需要在 menuconfig 中配置好 I2C1 Bus。

![添加CCS811软件包_配置I2C总线.png](/uploads/20200704/2010fc7f48489c50f518fbea7f2f559b.png)

配置完成后即可编译，下载到开发板中进行下一步实验。

### 3.2 初始化示例代码

因为 RT-Thread 提供了 Sensor 驱动框架，并且 ccs811 已经接入 Sensor 框架了，因此只需要向下面这样注册传感器设备，即可完成初始化工作。

```c
static int rt_hw_ccs811_port(void)
{
    struct rt_sensor_config cfg;
    
    cfg.intf.type = RT_SENSOR_INTF_I2C;
    cfg.intf.dev_name = CCS811_I2C_BUS_NAME;
    rt_hw_ccs811_init("cs8", &cfg);
    
    return RT_EOK;
}
INIT_COMPONENT_EXPORT(rt_hw_ccs811_port);
```

实际上，这一步在 sensor_ccs811_sample.c 示例中已经有了。因此，我们不用敲一行代码！

### 3.3 使用 sensor 命令

如果一切正常，我们就可以来到 msh 终端。

#### 3.3.1 检查传感器是否初始化成功

输入 list_device 查看 CCS811 传感器是否已经注册。如果看到如下信息，说明已经注册上了，并且传感器初始化成功。

```shell
msh >list_device
device           type         ref count
-------- -------------------- ----------
tvoc_cs8 Sensor Device        0
eco2_cs8 Sensor Device        0
```

这里会看到两个设备 tvoc_cs8 和 eco2_cs8，这是因为 CCS811 模块能检测两类气体数据（TVOC 和 CO2），所以在 RT-Thread 中会注册为两个设备。

#### 3.3.2 查看 CCS811 信息

传感器初始化成功后，我们就可以使用 sensor 命令进行测试了！`sensor probe` 命令用于探测传感器设备，命令后面接上设备名称即可。

```shell
msh >sensor probe tvoc_cs8
[4774993] I/sensor.cmd: device id: 0x81!
```

同时 `sensor probe` 命令还会选中该传感器设备，之后可以使用 `sensor info` 或 `sensor read` 等命令对该设备进行操作。

比如查看设备信息：

```shell
msh >sensor info
vendor    :AMS
model     :ccs811
unit      :ppb
range_max :32768
range_min :0
period_min:250ms
fifo_max  :1
```

#### 3.3.3 读取 TVOC 数据

执行 `sensor read` 即可读取 TVOC 的值。

```shell
msh >sensor read
[4794468] I/sensor.cmd: num:  0, tvoc:  184 ppb, timestamp:4794468
[4794586] I/sensor.cmd: num:  1, tvoc:  184 ppb, timestamp:4794586
[4794704] I/sensor.cmd: num:  2, tvoc:  184 ppb, timestamp:4794704
[4794822] I/sensor.cmd: num:  3, tvoc:  184 ppb, timestamp:4794822
[4794940] I/sensor.cmd: num:  4, tvoc:  184 ppb, timestamp:4794940
```

#### 3.3.4 读取 CO2 数据

由于前面选中的是 tvoc_cs8 设备，为了读取 CO2 的值，我们需要先执行 `sensor probe eco2_cs8` 切换设备，再执行 `sensor read` 读取传感数据。

```shell
msh >sensor read
[4957632] I/sensor.cmd: num:  0, eco2:  871 ppm, timestamp:4957632
[4957850] I/sensor.cmd: num:  1, eco2:  865 ppm, timestamp:4957850
[4957968] I/sensor.cmd: num:  2, eco2:  865 ppm, timestamp:4957968
[4958086] I/sensor.cmd: num:  3, eco2:  871 ppm, timestamp:4958086
[4958303] I/sensor.cmd: num:  4, eco2:  871 ppm, timestamp:4958303
```

### 3.4 使用自定义接口测试

ccs811 为我们提供了两种接口，一种是自定义的接口，另一种是对接 RT-Thread Sensor 框架的接口。在 ccs811 软件包的示例代码中还提供了一个 cat_ccs811 示例，其使用的就是自定义接口，测试结果如下。

```shell
msh >cat_ccs811
[20] TVOC: 0 ppb, eCO2: 0 ppm
[19] TVOC: 9 ppb, eCO2: 465 ppm
[18] TVOC: 11 ppb, eCO2: 475 ppm
[17] TVOC: 11 ppb, eCO2: 475 ppm
[16] TVOC: 11 ppb, eCO2: 477 ppm
==> baseline: 0x8484
...
```