树莓派Pico读取SGP30空气传感器二氧化碳数据

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一：SGP30传感器

传感器介绍：

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。

工作原理：

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。

通信协议（I2C通信）：

1、I2C总线介绍

I2C总线（Inter IC bus）是由Philips公司开发的一种通用数据总线。

两根通信线：SCL（Serial Clock串行时钟线）、SDA（Serial Data串行数据线）。

同步、半双工，带数据应答。

注：同步（因为它有单独的时钟线）、半双工（SDA只有一根线，并且还要来回通信）

通用的I2C总线，可以使各种设备的通信标准统一，对于厂家来说，使用成熟的方案可以缩短芯片设计周期、提高稳定性，对于应用者来说，使用通用的通信协议可以避免学习各种各样的自定义协议，降低了学习和应用的难度。

2、I2C电路规范

所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起，设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式（硬件IIC）开漏输出模式——断开时引脚成浮空状态（电路断开，电压不稳定）SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7K~10K左右，开漏输出和上拉电阻的共同作用实现了“线与”的功能，此设计主要是为了解决多机通信互相干扰的问题。

3、I2C时序结构

起始信号：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

停止信号：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

4、SGP30读取数据

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。