Czujnik VOC / eCO2 na I2C

CCS811 to prosty w użyciu czujnik pozwalający zmierzyć poziom lotnych związków organicznych (VOC) w powietrzu. Urządzenie na tej podstawie potrafi oszacować poziom równoważny dwutlenku węgla (eCO2). Czujnik AMS CCS811 zastosowany w tym module potrafi wykryć wiele różnych lotnych związków organicznych (VOC). Jest przeznaczony do monitorowania jakości powietrza w pomieszczeniach. Moduł do mikrokontrolera podłącza się za pośrednictwem magistrali I2C. Czujnik zwraca odczyt całkowitego poziomu lotnych związków organicznych (TVOC) i wyliczony poziom równoważny (ekwiwalent) dwutlenku węgla (eCO2).

Ale jak to działa?

CCS811 jest zbudowany dość standardowo na jak na ten typ czujników. Posiada “patelnię” wykonaną z bliżej nieokreślonego tlenku metalu (w datasheet jest mowa o “unique micro-hotplate technology” i “metal oxide MOX gas sensor”), której podgrzewaniem steruje wbudowany mikrokontroler (MCU). Następnie za pośrednictwem przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) odczytuje on wartość napięcia i odpowiednio przeliczone dane przesyła po I2C. Na podobnej zasadzie działa też Bosch BME680.

Co z tym dwutlenkiem węgla - mierzy czy nie?

Nie. Czujnik nie mierzy poziomu dwutlenku węgla. Sensor potrafi zmierzyć jedynie TVOC (Total Volatile Organic Compound) w zakresie od 0 do 1187 ppb. Wyliczony poziom eCO2 jest podawany w zakresie od 400 do 8192 ppm. Czujnik z racji na budowę detektora będzie reagował na większość szkodliwych lotnych związków organicznych. Da się za jego pomocą wykryć: alkohole, aldehydy, ketony, kwasy organiczne, aminy, węglowodory alifatyczne i aromatyczne. I prawdopodobnie jeszcze kilka ciekawych rzeczy, których nazwy absolutnie nic nam nie mówią, a zapewne wdychanie ich do zdrowych nie należy. Podsumowując CCS811 zareaguje na obecność substancji szkodliwych w powietrzu. Do typowych zastosowań należy wykrywanie dymu papierosowego oraz oparów rozpuszczalników czy paliwa.

Kalibracja

Większość tanich czujników gazu (tańszych od przeciętnego samochodu) ma problem z dokładnością. Co więcej z czasem odczyty zaczynają się rozjeżdżać bo czułość zmienia się dość drastycznie - szczególnie w początkowej fazie użytkowania. Przypadłość ta dotyczy praktycznie wszystkich znanych nam czujników VOC. Zapytasz “Co zrobić? Jak żyć Panie Premierze?” Kalibrować! Porównywać! Szacować! Aby uzyskać precyzyjne pomiary należy taki czujnik skalibrować względem stabilnych znanych źródeł. Jeżeli takich nie posiadasz (my na ten przykład nie mamy), to czujnik da Ci ogólną informację o trendach jakości powietrza. Taka informacja w większości przypadków jest wystarczająca. Wiadomo kiedy włączyć wyciąg, uruchomić wentylację, otworzyć okno.

Producent czujnika zaleca wygrzanie przez 48 godzin przy pierwszym uruchomieniu. Przy każdym następnych uruchomieniu pamiętaj, że stabilne odczyty pojawią się dopiero po 20 minutach. Po więcej informacji odsyłam Cię do pliku datasheet (strona 8-11).

Z Maliną nie zadziała

Układ CCS811 wykorzystuje rozciąganie zegara I2C. Niektóre mikrokontrolery czy komputery mają problem z jego obsługą. Ponoć Raspberry Pi tego też nie obsługuje.

Obsługa przerwań i tryby pracy

CCS811 ma konfigurowalne wyjście INT. Może zostać wyzwolone gdy wyniki pomiarów są gotowe i/lub gdy odczyt przekroczy zadany przez użytkownika próg. Układ wiele trybów pracy. Potrafi wykonywać pomiary co 1 sekundę, co 10 sekund, co 60 sekund lub co 250 milisekund.

Specyfikacja:

• Producent czujnika: AMS
• Model czujnika: CCS811
• Model modułu: CJMCU-811
• Napięcie zasilania: 1.8V – 3.6V
• Pobór prądu podczas pomiaru: 26 mA (maks. 30 mA w trybie 1)
• Pobór prądu w trybie uśpienia: 19 uA (przy zasilaniu 1.8V)
• Temperatura pracy: -5 do 50 C
• Pięć trybów pracy
• Interfejs komunikacyjny: I2C (10 - 400 kHz)
• Wymiary: 20.1 x 14.7 x 2.7 mm

Wyprowadzenia:

• VCC - Zasilanie (zalecane 3.3V)
• GND - Masa
• SCL - Linia zegara I2C
• SDA - Linia danych I2C
• WAK - Wake (active low) - wejście
• INT - Przerwanie (active low) - wyjście
• RST - Reset (active low)
• ADD - Ustalanie adresu czujnika (0x5A / 0x5B)

Linki:

• Biblioteka CCS811 dla Arduino od SparkFun - wersja PlatformIO
• Poradnik od SparkFun