Цифровий газовий датчик наднизької потужності для моніторингу якості повітря в приміщенні – з алгоритмом визначення еквівалентних рівнів діоксиду вуглецю CO2 та летких органічних сполук VOC, з шиною i2c

Група елементів	Зовнішні апаратні
Призначення	Цифрові сенсори рівня якості повітря в приміщенні
Виробник	ScioSense: https://www.sciosense.com ams (в минулому): https://ams.com
Модель електронного компоненту	інтегральна мікросхема
Електронний компонент	Цифровий сенсор рівня якості повітря
Група елементів	Зовнішні апаратні
Призначення	Вимірювання рівня якості повітря оточуючого середовища в приміщенні
Застосування	Цей апаратний компонент застосовується у наступних програмних продуктах alterstrategy.lab: Цифровий газовий датчик CCS811 – програмний I2C драйвер

Шукати даний компонент у українських інтернет-магазинах через Google:

Шукати через Google

Тип компоненту	для встановлення на плату
Інтерфейс	I2C
Тип інтерфейсу	Цифровий
Бітність	16-bit eCO2, 16-bit TVOC, 16-bit raw-dataУ сирому вигляді 6 біт виділено під значення струму нагрівача та 10 біт під значення опору на вході внутрішнього АЦП.
Вимірювана фізична величина	Опір підложки MOX-сенсора з АЦП та алгоритмічним обчисленням еквівалентних рівнів CO2 & TVOC.
Кількість вимірювальних каналів	1 фізичний канал вимірювання
Тип вимірювальних каналів	аналого-цифрове перетворення опору чутливого метал-оксидного шару, що нагрівається певним струмом у постійному чи імпульсному режимі.
Діапазон вимірювання	Алгоритмічно підготовлені дані: eCO2: 400 ppm – 29206 ppm;eTVOC: 0 ppb – 32768 ppb. Сирі дані (raw data): струм нагрівача: 0 – 2^6 поділок шкали АЦП (0μA to 63μA)еквівалент значення опору: 0 – 2^10 поділок шкали АЦП (1023 = 1.65V)
Точність	ціна поділки (LSB) АЦП: 1.6 mV
Напруга живлення	1.8 В – 3.3 В
Всього пінів	10+1(pad)
Значущі сигнальні піни	SDA <-> SDASCL <-> SCLInterrupt output <-> GPIOintADDRnWake – GND або GPIOVdd, Vss
Фіксована частина i2c-адреси елемента	101 101
Змінна частина i2c-адреси елемента	ADDR: “1” якщо до Vdd / “0” якщо до GND
Діапазон можливих Hex-адрес I2C	0x5A – 0x5B

Режими роботи:

1. Автоматичний алгоритм розрахунку значень eCO2 & eTVOC / Ручний режим налаштувань алгоритма;
2. Чотири режими швидкодії постійного (Continuous) перетворення: 1 секунда / 10 секунд / 60 секунд / 0.25 секунди (в цьому режимі – лише сирі дані, без обробки прикладним алгоритмом), а також режим зниженого енергоспоживання, в якому перетворення не виконується;
3. З обробкою переривань за порогами по рівню CO2 / без обробки переривань за порогами.
4. З обробкою переривань по готовності даних на виході алгоритму розрахунку рівнів eCO2 & eTVOC.
5. Є можливість вмикання режиму зниженого енергоспоживання. Для виходу з цього режиму, передбачено окремий вивід nWake на мікросхемі.

Генерація події на стороні електронного компоненту:

Так, через пін nINT (active low):

• спрацьовує щоразу, коли поточне значення CO2 перетинає значення порогового регістру з урахуванням гістерезису;
• два пороги створюють три зони рівня eCO2: “низький” / “середній” / “високий”.
• у якості гістерезису застосовується константа у 50 ppm;
• для рівня TVOC, вбудованої обробки подій за порогами не передбачено.

Драйвер-модуль у прошивці NodeMCU з Lua:

Ні, за нашими даними готового драйвера для прошивки спільнота не розробила;

Потрібно використовувати наявні C-модулі “i2c.” та “bit.” і писати власний драйвер, або ж купити у нас готовий продукт Цифровий газовий датчик CCS811 – програмний I2C драйвер.

Основні регістри електронного компоненту:

• STATUS_REG = 0x00 —  Status register / R / 1 байт;
• MEAS_MODE_REG = 0x01 — Measurement mode and conditions register / R/W / 1 байт;
• ALG_RESULT_DATA_REG = 0x02 — Algorithm result register / R / до 8 байт;
• RAW_DATA_REG = 0x03 — Raw ADC data values register / R / 2 байти;
• ERROR_ID_REG = 0xE0 — Error ID register / R / 1 байт;
• ENV_DATA_REG = 0x05 — Temperature & humidity compensation data / W / 4 байти;
• THRESHOLDS_REG = 0x10 — Thresholds register / W / 4 байти.

Формат вихідних/вхідних даних для інтеграції з MCU:

1. Дані зберігаються у регістрах CCS811 у вигляді двобайтних двійкових чисел у прямому коді: два байти для значення eCO2 і два байти для значення eTVOC. Потрібно лише виконати перетворення 16-бітного значення eCO2 у десяткове число (рівень в ppm), а також аналогічне перетворення 16-бітного числа для eTVOC (отриманий результат і буде рівень в ppb).
2. Значення порогів, які потрібно записувати у відповідні регістри, якщо збираєтеся реалізовувати обробку переривань, теж кодуються двома байтами з прямим кодом.
3. Трохи складніше реалізується перетворення значень температури та вологості для компенсації їх впливу на сенсор в процесі роботи прикладного алгоритму розрахунку eCO2 & eTVOC. Потрібно задавати цілу і дробову частини числа з кодуванням фракціями [64 – 1/512]. Для температури також потрібно враховувати зсув шкали. Під повне значення кожного коефіцієнта відводиться по два байти.

Інші особливості: 

• сенсор має окремий спеціальний вхід для підключення аналогового сенсора температури, типу NTC, призначений для автоматичної компенсації впливу оточуючого середовища з температурою, однак, зазвичай, цей вивід мікросхеми сенсора не виводять на роз’єм модулів що є у продажу. Швидше за все, виробники модулів так чинять тому, що набагато зручнішим на їх погляд буде застосування саме цифрового сенсора для компенсації одночасно і температури, і вологості.
• сенсор CCS811 має можливість оновлення вбудованого програмного забезпечення, яке і робить його сенсором якості повітря з алгоритмічним розрахунком еквівалентних рівнів CO2 та TVOC. Оновлення внутрішнього ПЗ є можливим через шину I2C за умови, якщо у вас є двійковий файл прошивки для оновлення від виробника. А тому варто перевіряти, яка версія ПЗ знаходится в сенсорі, щоб принаймні відслідковувати наявність необхідних виправлень коду від виробника.
• за замовчуванням сенсор завантажується у режимі прошивки (Bootloader mode). Для того, щоб вбудоване прикладне програмне забезпечення почало працювати, необхідно засобами шини I2C перевести сенсор у режим вимірювання (Application mode). Варто враховувати, що сенсор сам по собі не починає вимірювати після подачі живлення, а тому не може бути застосованим автономно від головного контролера.

Посилання на документацію виробника:

CCS811-Datasheet.pdf ccs811-gas-sensor-solution