专栏名称: CW32生态社区

以开放、共享、互助为理念，致力于构建武汉芯源半导体CW32系列MCU生态社区。无论是嵌入式MCU小白还是想要攻破技术难题的工程师，亦或是需求解决方案的产品经理，都可在CW32生态社区汲取营养、共同成长。

【CW32模块使用】SGP30气体传感器

CW32生态社区 · 公众号 · 硬件 · 2024-12-16 17:42

正文

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

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模块实物展示：
资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/16ITjdV34J8K2Wu24sB_iPg
资料提取码：1vds

二

规格参数

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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

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我们的目标是将例程移植至CW32F030C8T6开发板上【能够测量甲醛】。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。

3.1

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。

3.2

引脚选择

模块接线图

3.3

移植至工程

移植步骤中的导入.c和.h文件与【CW32模块使用】DHT11温湿度传感器相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_sgp30.c与bsp_sgp30.h。这里不再过多讲述，移植完成后面修改相关代码。

在文件bsp_sgp30.c中，编写如下代码。

/* * Change Logs: * Date           Author       Notes * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version */#include "bsp_sgp30.h"#include "stdio.h"
/****************************************************************** * 函 数 名 称：SGP30_GPIO_Init * 函 数 说 明：SGP30的引脚初始化 * 函 数 形 参：无 * 函 数 返 回：无 * 作       者：LC * 备       注：只是引脚初始化，真正初始化： SGP30_Init******************************************************************/void SGP30_GPIO_Init(void){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化结构体
    RCC_SGP30_ENABLE();        // 使能GPIO时钟
    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA|GPIO_SCL;   // GPIO引脚    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;    // 输出速度高    GPIO_Init(PORT_SGP30, &GPIO_InitStruct);   // 初始化}

/****************************************************************** * 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： * 函 数 说 明： * 函 数 形 参： * 函 数 返 回： * 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。******************************************************************/uint32_t SGP30_Read(void){  uint32_t dat;  uint8_t crc;
  IIC_Start();  Send_Byte(0XB1); //发送器件地址+读指令  I2C_WaitAck();
  dat = Read_Byte();//CO2数据高8位  IIC_Send_Ack(0);  dat <<= 8;
  dat += Read_Byte();//CO2数据低8位  IIC_Send_Ack(0);
  crc = Read_Byte(); //CO2的CRC校验  IIC_Send_Ack(0);  crc = crc;

  dat <<= 8;  dat += Read_Byte();//TVOC数据高8位  IIC_Send_Ack(0);
  dat <<= 8;  dat += Read_Byte();//TVOC数据低8位  IIC_Send_Ack(1);
  IIC_Stop();  return(dat);}
/****************************************************************** * 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){    SGP30_GPIO_Init();    SGP30_Write_cmd(0x20, 0x03);}

在文件bsp_sgp30.h中，编写如下代码。

/* * 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
//设置SDA输出模式#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);       \                     }//设置SDA输入模式#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);       \                    }//获取SDA引脚的电平变化#define SDA_GET()       GPIO_ReadPin(PORT_SGP30, GPIO_SDA)//SDA与SCL输出#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

移植验证

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在自己工程中的main主函数中，编写如下。

/* * 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();        // 开发板初始化
    uart1_init(115200);        // 串口1波特率115200
    SGP30_Init();    delay_ms(100);
    while (1)    {        uint32_t CO2Data, TVOCData;  //定义CO2浓度变量与TVOC浓度变量        uint32_t sgp30_dat;          //定义SGP30读取到的数据
        SGP30_Write_cmd(0x20,0x08);        sgp30_dat = SGP30_Read();                  //读取SGP30的值        CO2Data = (sgp30_dat & 0xffff0000) >> 16;  //获取CO2的值        TVOCData = sgp30_dat & 0x0000ffff;         //获取TVOC的值        printf("CO2 : %0.2d\r\nTVOC : %0.2d\r\n",CO2Data,TVOCData);        delay_ms(1000);    }}