在 RT-Thread 中快速使用 CCS811 气体传感器

    技术2026-01-19  8

    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。

    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:<15sIIC地址:0x5A 或 0X5B工作温度范围:-40℃~85℃工作湿度范围:10%RH~95%RHeCO2测量范围:400ppm~8000ppmTVOC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。

    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。

    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。

    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。

    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。

    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。

    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:

    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。

    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。

    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。

    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 ...

    4、API 说明

    4.1 自定义接口

    创建和删除对象

    要操作传感器模块,首先需要创建一个传感器对象。

    ccs811_device_t ccs811_create(const char *i2c_bus_name);

    调用这个函数时,会从动态堆内存中分配一个 ccs811_device_t 句柄,并按给定参数初始化。

    参数描述i2c_bus_name设备挂载的 IIC 总线名称返回——ccs811_device_t创建成功,返回传感器对象句柄RT_NULL创建失败

    对于使用 ccs811_create() 创建出来的对象,当不需要使用,或者运行出错时,请使用下面的函数接口将其删除,避免内存泄漏。

    void ccs811_delete(ccs811_device_t dev); 参数描述ccs811_device_t要删除的传感器对象句柄返回——无

    初始化对象

    如果需要使用静态内存分配,则可调用 ccs811_init() 函数。

    rt_err_t ccs811_init(struct ccs811_device *dev, const char *i2c_bus_name);

    使用该函数前需要先创建 ccs811_device 结构体。

    参数描述dev传感器对象结构体i2c_bus_name设备挂载的 IIC 总线名称返回——RT_EOK初始化成功-RT_ERROR初始化失败

    测量数据

    测量 eTVOC 和 eCO2 浓度值,并将数据保存在传感器对象中。

    rt_bool_t ccs811_measure(ccs811_device_t dev); 参数描述dev传感器对象句柄返回——RT_TRUE读取成功RT_FALSE读取失败

    由于 CCS811 传感器支持多种模式和测量周期,为成功获取数据,建议在调用 ccs811_measure() 前使用 ccs811_check_ready() 函数检查传感器是否准备好了。

    读取 baseline

    rt_uint16_t ccs811_get_baseline(ccs811_device_t dev); 参数描述dev传感器对象句柄返回——16位的基线值读取成功0读取失败

    设置 baseline

    rt_bool_t ccs811_set_baseline(ccs811_device_t dev, rt_uint16_t baseline); 参数描述dev传感器对象句柄baseline16位的 baseline 设置值返回——RT_TRUE设置成功RT_FALSE设置失败

    设置环境数据

    rt_bool_t ccs811_set_envdata(ccs811_device_t dev, float temperature, float humidity); 参数描述dev传感器对象句柄temperature当前环境的温度值humidity当前环境的湿度值返回——RT_TRUE设置成功RT_FALSE设置失败

    在测量过程中定期设置环境温度和湿度值,有利于获取更准确的数据。

    设置测量周期

    rt_bool_t ccs811_set_measure_cycle(ccs811_device_t dev, ccs811_cycle_t cycle); 参数描述dev传感器对象句柄cycle测量周期返回——RT_TRUE设置成功RT_FALSE设置失败

    测量周期包括 250ms、1s、10s 和 60s,具体可配置项如下:

    typedef enum { CCS811_CLOSED, CCS811_CYCLE_1S, CCS811_CYCLE_10S, CCS811_CYCLE_60S, CCS811_CYCLE_250MS } ccs811_cycle_t;

    设置工作模式

    rt_bool_t ccs811_set_measure_mode(ccs811_device_t dev, rt_uint8_t thresh, rt_uint8_t interrupt, ccs811_mode_t mode); 参数描述dev传感器对象句柄thresh0:不检测阈值,1:检测阈值interrupt0:不使能中断,1:使能中断mode工作模式(就是设置测量周期)返回——RT_TRUE设置成功RT_FALSE设置失败

    工作模式可选项如下:

    typedef enum { CCS811_MODE_0, CCS811_MODE_1, CCS811_MODE_2, CCS811_MODE_3, CCS811_MODE_4 } ccs811_mode_t;

    读取工作模式

    rt_uint8_t ccs811_get_measure_mode(ccs811_device_t dev); 参数描述dev传感器对象句柄返回——MEAS_MODE 寄存器值读取成功0xFF读取失败

    设置报警阈值

    rt_bool_t ccs811_set_thresholds(ccs811_device_t dev, rt_uint16_t low_to_med, rt_uint16_t med_to_high); 参数描述dev传感器对象句柄low_to_med低范围到中范围的阈值,默认为 1500ppmmed_to_high中范围到高范围的阈值,默认为 2500ppm返回——RT_TRUE设置成功RT_FALSE设置失败

    注意:阈值设置只针对 CO2 气体浓度。

    4.2 Sensor 接口

    ccs811 软件包已对接 sensor 驱动框架,操作传感器模块之前,只需调用下面接口注册传感器设备即可。

    rt_err_t rt_hw_ccs811_init(const char *name, struct rt_sensor_config *cfg); 参数描述name传感器设备名称cfgsensor 配置信息返回——RT_EOK创建成功-RT_ERROR创建失败

    5、注意事项

    为传感器对象提供静态创建和动态创建两种方式,如果使用动态创建,请记得在使用完毕释放对应的内存空间。由于 CCS811 模块包含一个 TVOC 传感器和一个 eCO2 传感器,因此在 sensor 框架中会注册两个设备,内部提供1位 FIFO 缓存进行同步,缓存空间在调用 rt_device_open 函数时创建,因此 read 之前务必确保两个设备都开启成功。由于使用 I2C 接口进行操作,因此注册时需指定具体的 I2C 总线名称,对应的句柄存放在 user_data 中。CCS811 传感器需要预热,预热时间小于15秒,此前的数据一直是 eTVOC 为 0,eCO2 为 400。数据手册建议在第一次使用传感器时,先运行48小时。CCS811 传感器会自动校准基线,但是这个过程非常缓慢。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。如需使用中断功能,请将传感器的 INT 引脚连接到主控板相应的中断引脚。 阿基米东 认证博客专家 架构 Linux MySQL 每天都在学习,每天都在折腾的一线工程师,在嵌入式 Linux、RT-Thread、IoT、DJango、miniapp、Git、软件管理等方面拥有丰富经验。工作之余喜欢打球、游泳、读书、写字。
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