【CW32模塊使用】SGP30氣體傳感器

SGP30是一款單一芯片上具有多個傳感元件的金屬氧化物氣體傳感器，內(nèi)集成4個氣體傳感元件，具有完全校準(zhǔn)的空氣質(zhì)量輸出信號。另外，SGP易于集成，能夠?qū)⒔饘傺趸餁怏w傳感器集成到移動設(shè)備中，為智能家居、家電和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的環(huán)境監(jiān)測開辟了新的可能性。主要用于甲醛的檢測!

一、模塊來源

模塊實物展示：

資料下載鏈接：
https://pan.baidu.com/s/16ITjdV34J8K2Wu24sB_iPg
資料提取碼：1vds

二、規(guī)格參數(shù)

工作電壓：3.3V

工作電流：40mA

輸出方式: IIC

管腳數(shù)量：4 Pin

以上信息見廠家資料文件

三、移植過程

我們的目標(biāo)是將例程移植至CW32F030C8T6開發(fā)板上【能夠測量甲醛】。首先要獲取資料，查看數(shù)據(jù)手冊應(yīng)如何實現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)，再移植至我們的工程。

3.1查看資料

SGP30是一款單一芯片上具有多個傳感元件的金屬氧化物室內(nèi)氣體傳感器，內(nèi)部集成4個氣體傳感元件，具有完全校準(zhǔn)的空氣質(zhì)量輸出信號，主要是對空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測?？梢暂敵觯?/p>

TVOC（Total Volatile Organic Compounds，總揮發(fā)性有機(jī)物），量程為0~60000ppb；CO2濃度，量程400~60000ppm。

SGP30的傳感（MEMS）部分基于金屬氧化物（MOx）納米顆粒的加熱膜。氣敏材料——金屬氧化物顆粒上吸附的氧氣與目標(biāo)氣體發(fā)生反應(yīng)，從而釋放出電子。這導(dǎo)致由傳感器測量的金屬氧化物層的電阻發(fā)生改變。簡而言之，還原性氣體的出現(xiàn)造成氣敏材料表面氧濃度降低，改變了半導(dǎo)體的電阻（或電導(dǎo)率）。后續(xù)通過電路（ASIC）部分對電阻進(jìn)行檢測、信號處理與轉(zhuǎn)換等，最終獲取到氣體值。

I2C從機(jī)地址是0X58，由于地址只用到了7bit，最高位未使用，最低位為判斷是讀還是寫，為0是讀，為1是寫，所以：

1. 對于寫SGP30，地址為(0X58 << 1) = 0XB0
2. 對于讀SGP30，地址為((0X58 << 1)) | 0X01 = 0XB1

SGP30的命令都是雙字節(jié)的，先發(fā)高位。有如下命令：

常用的有兩個，一個是0x2003為初始化SGP30命令，另一個0x2008為獲取空氣質(zhì)量值命令。

SGP30獲取的數(shù)據(jù)格式為：2位CO2數(shù)據(jù)+1位CO2的CRC校驗+2位TVOC數(shù)據(jù)+1位TVOC的CRC校驗。模塊上電需要15s左右初始化，在初始化階段讀取的CO2濃度為400ppm，TVOC為0ppd且恒定不變。因此上電后一直讀，直到TVOC不為0并且CO2不為400，SGP30模塊才初始化完成。

初始化完成后剛開始讀出數(shù)據(jù)會波動比較大，屬于正常現(xiàn)象，一段時間后會逐漸趨于穩(wěn)定。氣體類傳感器比較容易受環(huán)境影響，測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動是正常的，可以添加濾波函數(shù)進(jìn)行濾波。

3.2引腳選擇

模塊接線圖

3.3移植至工程

移植步驟中的導(dǎo)入.c和.h文件與【CW32模塊使用】DHT11溫濕度傳感器相同，只是將.c和.h文件更改為bsp_sgp30.c與bsp_sgp30.h。這里不再過多講述，移植完成后面修改相關(guān)代碼。

在文件bsp_sgp30.c中，編寫如下代碼。

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

/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：SGP30_GPIO_Init
 * 函 數(shù) 說 明：SGP30的引腳初始化
 * 函 數(shù) 形 參：無
 * 函 數(shù) 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：只是引腳初始化，真正初始化： SGP30_Init
******************************************************************/
void SGP30_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化結(jié)構(gòu)體

    RCC_SGP30_ENABLE();        // 使能GPIO時鐘

    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA|GPIO_SCL;   // GPIO引腳
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 開漏輸出
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;    // 輸出速度高
    GPIO_Init(PORT_SGP30, &GPIO_InitStruct);   // 初始化
}


/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：IIC_Start
 * 函 數(shù) 說 明：IIC起始時序
 * 函 數(shù) 形 參：無
 * 函 數(shù) 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
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 數(shù) 名 稱：IIC_Stop
 * 函 數(shù) 說 明：IIC停止信號
 * 函 數(shù) 形 參：無
 * 函 數(shù) 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
        SDA_OUT();

        SCL(0);
        SDA(0);

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

}

/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱：IIC_Send_Ack
 * 函 數(shù) 說 明：主機(jī)發(fā)送應(yīng)答或者非應(yīng)答信號
 * 函 數(shù) 形 參：0發(fā)送應(yīng)答  1發(fā)送非應(yīng)答
 * 函 數(shù) 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
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 數(shù) 名 稱：I2C_WaitAck
 * 函 數(shù) 說 明：等待從機(jī)應(yīng)答
 * 函 數(shù) 形 參：無
 * 函 數(shù) 返 回：0有應(yīng)答  1超時無應(yīng)答
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
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 數(shù) 名 稱：Send_Byte
 * 函 數(shù) 說 明：寫入一個字節(jié)
 * 函 數(shù) 形 參：dat要寫人的數(shù)據(jù)
 * 函 數(shù) 返 回：無
 * 作       者：LC
 * 備       注：無
******************************************************************/
void Send_Byte(uint8_t dat)
{
        int i = 0;
        SDA_OUT();
        SCL(0);//拉低時鐘開始數(shù)據(jù)傳輸

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

在文件bsp_sgp30.h中，編寫如下代碼。

/*
 * 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

//設(shè)置SDA輸出模式
#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);       
                     }
//設(shè)置SDA輸入模式
#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);       
                    }
//獲取SDA引腳的電平變化
#define SDA_GET()       GPIO_ReadPin(PORT_SGP30, GPIO_SDA)
//SDA與SCL輸出
#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、移植驗證

在自己工程中的main主函數(shù)中，編寫如下。

/*
 * 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();        // 開發(fā)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;  //定義CO2濃度變量與TVOC濃度變量
        uint32_t sgp30_dat;          //定義SGP30讀取到的數(shù)據(jù)

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

上電效果：

模塊移植成功案例代碼：

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

提取碼：LCKF