SGP30气体传感器 | 立创开发板技术文档中心

SGP30是一款单一芯片上具有多个传感元件的金属氧化物气体传感器，内集成4个气体传感元件，具有完全校准的空气质量输出信号。另外，SGP易于集成，能够将金属氧化物气体传感器集成到移动设备中，为智能家居、家电和物联网应用中的环境监测开辟了新的可能性。主要用于甲醛的检测!

一、模块来源

采购链接：

GY-SGP30 气体传感器空气质量 TVOC eCO2 二氧化碳测量甲醛模块

也可以购买：

GY-SGP30 气体传感器空气质量 TVOC eCO2 二氧化碳测量甲醛模块

资料下载链接：

https://pan.baidu.com/s/16ITjdV34J8K2Wu24sB_iPg

提取码：1vds

二、规格参数

工作电压：3.3V

工作电流：40mA

输出方式: IIC

管脚数量：4 Pin

以上信息见厂家资料文件

三、移植过程

我们的目标是将例程移植至开发板上【测量甲醛】。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现读取数据，再移植至我们的工程。

1、查看资料

SGP30是一款单一芯片上具有多个传感元件的金属氧化物室内气体传感器，内部集成4个气体传感元件，具有完全校准的空气质量输出信号，主要是对空气质量进行检测。可以输出：

TVOC（Total Volatile Organic Compounds，总挥发性有机物），量程为0~60000ppb；CO2浓度，量程400~60000ppm。

SGP30的传感（MEMS）部分基于金属氧化物（MOx）纳米颗粒的加热膜。气敏材料——金属氧化物颗粒上吸附的氧气与目标气体发生反应，从而释放出电子。这导致由传感器测量的金属氧化物层的电阻发生改变。简而言之，还原性气体的出现造成气敏材料表面氧浓度降低，改变了半导体的电阻（或电导率）。后续通过电路（ASIC）部分对电阻进行检测、信号处理与转换等，最终获取到气体值。

I2C从机地址是0X58，由于地址只用到了7bit，最高位未使用，最低位为判断是读还是写，为0是读，为1是写，所以：

对于写SGP30，地址为(0X58 << 1) = 0XB0
对于读SGP30，地址为((0X58 << 1)) | 0X01 = 0XB1

SGP30的命令都是双字节的，先发高位。有如下命令：

常用的有两个，一个是0x2003为初始化SGP30命令，另一个0x2008为获取空气质量值命令。

SGP30获取的数据格式为：2位CO2数据+1位CO2的CRC校验+2位TVOC数据+1位TVOC的CRC校验。模块上电需要15s左右初始化，在初始化阶段读取的CO2浓度为400ppm，TVOC为0ppd且恒定不变。因此上电后一直读，直到TVOC不为0并且CO2不为400，SGP30模块才初始化完成。

初始化完成后刚开始读出数据会波动比较大，属于正常现象，一段时间后会逐渐趋于稳定。气体类传感器比较容易受环境影响，测量数据出现波动是正常的，可以添加滤波函数进行滤波。

2、引脚选择

模块	开发板
VCC	3V3
GND	GND
SCL	P408
SDA	P409

3、图形化配置

打开图形化界面：

设置 Pin:

Ctrl + S 保存！
点击右上角 Generate Project Content 生成代码。

4、代码编写

新建两个文件 bsp_sgp30.c 和 bsp_sgp30.h，并且将头文件路径添加到编译器中。

新建文件以及添加头文件路径到编译器，在 DHT11章节 已经讲过了，可以移步进行查看。

DHT11章节跳转 : （点击跳转🚀）

在文件 bsp_sgp30.c 和 bsp_sgp30.h 中，编写如下代码。

bsp_sgp30.hbsp_sgp30.c

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#ifndef BSP_CODE_BSP_SGP30_H_
#define BSP_CODE_BSP_SGP30_H_

#include "hal_data.h"
#include <stdio.h>

#ifndef u8
#define u8 uint8_t
#endif
#ifndef u16
#define u16 uint16_t
#endif
#ifndef u32
#define u32 uint32_t
#endif

#ifndef delay_ms
#define delay_ms(x)   R_BSP_SoftwareDelay(x, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS)
#endif
#ifndef delay_1ms
#define delay_1ms(x)  R_BSP_SoftwareDelay(x, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS)
#endif
#ifndef delay_us
#define delay_us(x)   R_BSP_SoftwareDelay(x, BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS)
#endif
#ifndef delay_1us
#define delay_1us(x)  R_BSP_SoftwareDelay(x, BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS)
#endif


#define Module_SCL_PIN   BSP_IO_PORT_04_PIN_08 // SCL
#define Module_SDA_PIN   BSP_IO_PORT_04_PIN_09 // SDA

//SDA输入模式
#define SDA_IN() { \
    fsp_err_t err = R_IOPORT_PinCfg(&g_ioport_ctrl, Module_SDA_PIN, \
                    (uint32_t) IOPORT_CFG_PORT_DIRECTION_INPUT); \
    if(err != FSP_SUCCESS) { \
        printf("GPIO Mode Set INPUT Failed!!\r\n"); \
    } \
}

//SDA输出模式
#define SDA_OUT() { \
    fsp_err_t err = R_IOPORT_PinCfg(&g_ioport_ctrl, Module_SDA_PIN, \
            ((uint32_t) IOPORT_CFG_DRIVE_HIGH \
		| (uint32_t) IOPORT_CFG_NMOS_ENABLE \
		| (uint32_t) IOPORT_CFG_PORT_DIRECTION_OUTPUT \
		| (uint32_t) IOPORT_CFG_PORT_OUTPUT_HIGH)); \
    if(err != FSP_SUCCESS) { \
        printf("GPIO Mode Set OUTPUT Failed!!\r\n"); \
    } \
}

// SCL引脚和SDA引脚的输出
#define SCL(BIT)    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, Module_SCL_PIN, BIT)
#define SDA(BIT)    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, Module_SDA_PIN, BIT)

// 获取SDA引脚的电平状态
static inline bsp_io_level_t SDA_GET(void) {
    bsp_io_level_t p_pin_value;
    fsp_err_t err = R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, Module_SDA_PIN, &p_pin_value);
    if(err != FSP_SUCCESS) {
        printf("GPIO Input Read Failed!!\r\n");
    }
    return p_pin_value;
}

void SGP30_Init(void);
char SGP30_Read(uint16_t *co2_dat, uint16_t *tvoc_dat);
void SGP30_Write_cmd(uint8_t a, uint8_t b);

#endif /* BSP_CODE_BSP_SGP30_H_ */

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 */

#include "bsp_sgp30.h"
#include "stdio.h"


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Start
 * 函 数 说 明：IIC起始时序
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
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 数 名 称：IIC_Stop
 * 函 数 说 明：IIC停止信号
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
        SDA_OUT();

        SCL(0);
        SDA(0);

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

}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Send_Ack
 * 函 数 说 明：主机发送应答或者非应答信号
 * 函 数 形 参：0发送应答  1发送非应答
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
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 数 名 称：I2C_WaitAck
 * 函 数 说 明：等待从机应答
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：0有应答  1超时无应答
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
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 数 名 称：Send_Byte
 * 函 数 说 明：写入一个字节
 * 函 数 形 参：dat要写人的数据
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void Send_Byte(uint8_t dat)
{
        int i = 0;
        SDA_OUT();
        SCL(0);//拉低时钟开始数据传输

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

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Read_Byte
 * 函 数 说 明：IIC读时序
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：读到的数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char Read_Byte(void)
{
        unsigned char i,receive=0;
        SDA_IN();//SDA设置为输入
        for(i=0;i<8;i++ )
        {
                SCL(0);
                delay_us(5);
                SCL(1);
                delay_us(5);
                receive<<=1;
                if( SDA_GET() )
                {
                        receive|=1;
                }
                delay_us(5);
        }
        SCL(0);
		return receive;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：SGP30_Write
 * 函 数 说 明：SGP30写命令
 * 函 数 形 参：regaddr_H命令高8位   regaddr_L命令低8位
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void SGP30_Write_cmd(uint8_t regaddr_H, uint8_t regaddr_L)
{
	  IIC_Start();
	  Send_Byte(0XB0);         //发送器件地址+写指令
	  I2C_WaitAck();
	  Send_Byte(regaddr_H);    //发送控制地址
	  I2C_WaitAck();
	  Send_Byte(regaddr_L);    //发送数据
	  I2C_WaitAck();
	  IIC_Stop();
	  delay_ms(100);
}




/******************************************************************
 * 函 数 名 称：SGP30_Read
 * 函 数 说 明：读取数据并进行CRC校验
 * 函 数 形 参：
 *              - co2_dat: 输出CO₂浓度值
 *              - tvoc_dat: 输出TVOC浓度值
 * 函 数 返 回：0: 读取成功且CRC校验通过 其他:失败
 * 作       者：LC
 * 备       注：SGP30获取的数据格式为：2位CO2数据+1位CO2的CRC校验+2位TVOC数据+1位TVOC的CRC校验。
                模块上电需要15s左右初始化，在初始化阶段读取的CO2浓度为400ppm，TVOC为0ppd且恒定不变。
                因此上电后一直读，直到TVOC不为0并且CO2不为400，SGP30模块才初始化完成。
                初始化完成后刚开始读出数据会波动比较大，属于正常现象，一段时间后会逐渐趋于稳定。
                气体类传感器比较容易受环境影响，测量数据出现波动是正常的，可以添加滤波函数进行滤波。
******************************************************************/
char SGP30_Read(uint16_t *co2_dat, uint16_t *tvoc_dat)
{
    uint8_t buffer[6] = {0};  // 存储原始数据（6字节）
    int i;

    SGP30_Write_cmd(0x20,0x08);

    /* --- 1. 发起读取请求 --- */
    IIC_Start();
    Send_Byte(0XB1); //发送器件地址+读指令
    if(I2C_WaitAck())
        return -1;

    /* --- 2. 读取6字节数据 --- */
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
        buffer[i] = Read_Byte();
        IIC_Send_Ack(0);  // 发送ACK（非结束位）
    }
    buffer[5] = Read_Byte();
    IIC_Send_Ack(1);      // 最后字节发送NACK
    IIC_Stop();

    /* --- 4. 数据 --- */
    *co2_dat  = (buffer[0] << 8) | buffer[1];
    *tvoc_dat = (buffer[3] << 8) | buffer[4];

    return 0;  // 成功
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：SGP30_Init
 * 函 数 说 明：SGP30初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void SGP30_Init(void)
{
    SCL(1);
    SDA(1);
    delay_ms(100); // 等待传感器稳定

    SGP30_Write_cmd(0x20, 0x03);
    delay_ms(500); // 等待传感器稳定
}

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四、移植验证

在 src\Applay\app.c 中输入代码如下:

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 */

#include "app.h"
#include "stdio.h"

#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_sgp30.h"

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：led_blink
 * 函 数 说 明：该函数用于控制LED灯的闪烁效果
 *             运行时，LED灯每隔500毫秒闪烁一次
 *             完整运行此函数需要1s时间
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
static void led_blink(void)
{
    /* Set the pin to low */
    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_02, BSP_IO_LEVEL_LOW);

    /* Delay for 500 milliseconds */
    R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);

    /* Set the pin to high */
    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_02, BSP_IO_LEVEL_HIGH);

    /* Delay for another 500 milliseconds */
    R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Run
 * 函 数 说 明：该函数是用户自定义的入口函数，等效于 main_app() 函数。
 *             在此函数中可以编写用户的应用逻辑代码。
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void Run(void)
{
    /* 初始化调试串口 */
    /* | RX:P100 | TX:P101 | */
    UART0_Debug_Init();

    printf("\r\n= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =\r\n");
    printf("\r\n=== Welcome to use the DQX-R7FA6E2BB3CNE development board ====\r\n");
    printf("\r\n======================= www.lckfb.com =========================\r\n");
    printf("\r\n======================= wiki.lckfb.com ========================\r\n");
    printf("\r\n======================= [Debug Uart0] =========================\r\n");
    printf("\r\n=================== | RX:P100 | TX:P101 | =====================\r\n");
    printf("\r\n= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =\r\n");

    uint16_t CO2Data, TVOCData;  //定义CO2浓度变量与TVOC浓度变量
    uint16_t wait_cnt = 1;

    SGP30_Init();

    /* SGP30模块开机需要一定时间初始化，在初始化阶段读取的CO2浓度为400ppm，TVOC为0ppd且恒定不变 */
    do{
        SGP30_Read(&CO2Data, &TVOCData);
        printf("Under detection.... Please Wait [ %dS ]\r\n", wait_cnt++);
        delay_1ms(1000);

    }while(CO2Data==400 && TVOCData==0);

    printf("\n========= SGP30 Init Successful!!! =========\r\n");
    delay_1ms(1000);

    while(1)
    {
        if (!SGP30_Read(&CO2Data, &TVOCData)) {

            printf("\n");
            printf("CO2  = %dppm\r\n", CO2Data);
            printf("TVOC = %dppd\r\n", TVOCData);

        } else {

            printf("\nSGP30 Read Failed !!!\r\n");

        }

        delay_1ms(500);
    }
}

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4、代码编写

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