Датчик температуры, влажности, ЛОВ, eCO2 на CCS811 и HDC1080

Датчик температуры, влажности, ЛОВ (летучих органических веществ) и eCO2 (эквивалентного содержания диоксида углерода) в воздухе. 

Для определения данных использует два датчика - HDC1080 для измерения температуры и относительной влажности и CCS811 для измерения ЛОВ (eCO2 расчитывается на основании содержания ЛОВ).

Характеристики:

Датчик CCS811 предназначен для оценки содержания в воздухе летучих органических веществ (ЛОВ или VOC - volatile organic compounds в иностранной терминологии), к которым относится широкий класс органических соединений, включающий углеводороды, альдегиды, спирты, кетоны, терпеноиды и другие вещества (всего более 5000 химических соединений).

Источниками ЛОВ являются огромное количество веществ, например, стройматериалы (фанера, ЛДСП, линолеум, обои, лакокрасочные покрытия и клеи), бытовая химия (чистящие средства, ароматизаторы, парфюмерия), продукты горения (как от газовых плит, так и от сигарет и их заменителей), продукты питания (особенно те, что имеют сильный аромат) и даже человек (дыхание, потовыделение и выделения других желез). Именно из-за того, что человек тоже является источником ЛОВ, концентрацию ЛОВ часто связывают с концентрацией СО2, и измеряя содержание СО2 в воздухе делают косвенный вывод о содержании в воздухе ЛОВ. Такой подход в измерении ЛОВ оправдан дешевизной, но у него недостаточна точность измерения. Дело в том, что высокоточные  датчики концентрации ЛОВ дороги для бытового применения, и косвенный способ измерения ЛОВ посредством измерения СО2 оправдан в бытовых условиях. Тем не менее, концентрация ЛОВ в воздухе зачастую не связана с концентрацией СО2, что отражено, например, на следующем графике.

Датчик CCS811 разрабатывался с учетом этих особенностей и призван повысить точность измерения ЛОВ, сохранив при этом доступную цену. 

Точность датчика CCS811 достигается тем, что датчик непосредственно измеряет концентрацию летучих органических веществ при помощи металл-оксид-полупроводникового (MOX) сенсора. При этом  МОХ-сенсор для своей работы требует подогрев, как и большинство других типов газо-анализаторных датчиков (например, серии MQ). Продолжительность нагрева составляет примерно 30 минут, до достижения необходимой температуры датчика его показания недостоверны. Таким образом датчик не получится включать и использовать только при необходимости, его необходимо держать подключенным к питанию постоянно. Тем не менее, потребление этого датчика не велико, 30 мА при наиболее "прожорливом" режиме. Кроме того, датчик CCS811 имеет поддержку спящего режима, в котором потребление снижается до 19 мкА.

Всего датчик имеет 5 режимов работы: спящий режим (режим 0), опрос каждую секунду (режим 1), опрос каждые 10 и 60 секунд (режимы 2 и 3 соответственно) и опрос 4 раза в секунду (режим 4). При этом, переключение в режимы с более редким опросом не может осуществляться мгновенно. В этом случае необходимо перевести датчик в спящий режим (режим 0) на время не менее 10 секунд, а затем переключить на необходимый режим. Переключение в режим с более частым опросом можно осуществлять без задержек.

Дополнительным преимуществом датчика CCS811 является функция автоматической калибровки, которая производится в течении достаточно длительного времени - 24-48 часов. Впоследствии также необходима калибровка в случае резкой смены условий измерения - резких перепадов температуры и влажности воздуха.

Кроме калибровки в случае смены температуры и влажности рекомендуется записывать в датчик текущие значения температуры и влажности, полученные от внешнего источника (например, датчика BME280). Это повысит точность показаний датчика CCS811.

Важное замечание: датчик CCS811 не может измерять концентрацию СО2 непосредственно и выдает рассчитанные "эквивалентные" значения СО2, которые при высокой концентрации ЛОВ оказываются сильно завышенными. Иными словами, датчик CCS811 не годится для измерения СО2. Если вам необходимо измерять концентрацию СО2 - используйте для этого более подходящие датчики, например, MH-Z19B.

Второе, не менее важное замечание: датчик CCS811 очень чувствителен и при этом не обладает селективностью газов. Он не делает различий между парами растворителей для краски и ароматом свежеиспеченной горячей пиццы. Поэтому однозначно интерпретировать его показания при помощи алгоритмов микроконтроллера сложно.

Datasheet HDC1080 (PDF, ENG)

Datasheet CCS811 (PDF, ENG)