一、CCS811简介

  CCS811 是一款超低功耗数字气体传感器，集成了用于监测室内空气质量 (IAQ)（包括多种挥发性有机化合物 (VOC)）的金属氧化物 (MOX) 气体传感器、微控制器单元 (MCU)、16 bit ADC 模数转换器和 I2C 接口。通过 I²C 接口实时输出等效（eCO₂）及总挥发性有机物（TVOC）浓度，并在片内完成算法处理，显著简化主控系统设计与功耗管理​。

二、产品特性

• 等效气体输出：eCO₂ 范围 400 – 5000ppm，TVOC 范围 0 – 1000 ppb​。
• 多种测量模式：支持 Idle（模式 0）、1 s（模式 1）、10 s（模式 2）、60 s（模式 3）及原始数据模式（模式 4），满足不同功耗与响应速率需求​。
• 自动与手动基线校正：芯片内置自动基线校正算法（24 h 最小更新时间窗），也可通过 BASELINE 寄存器手动保存/恢复基线，加快算法收敛​。
• 温湿度补偿：可写入外部温湿度数据至 ENV_DATA 寄存器，以补偿温湿度变化对气体测量的影响；若无外部传感器，可接入 NTC 热敏电阻获取本地环境温度​。
• 阈值中断：在 MEAS_MODE 寄存器开启阈值中断后，传感器仅在 eCO₂ 跨越设定范围时通过 nINT 输出告警，降低主控轮询开销​。

三、引脚说明

SCL	I2C串行时钟线
SDA	I2C串行数据线
WAK	使能，低电平有效，拉低后传感器才开始工作
INT	低电平有效，CCS811芯片内部程序跑飞后可以将该引脚接地复位
RST	低电平有效，默认上拉至VDD
ADD	地址选择位，当I2C地址低时，7位器件地址为0x5A； 当I2C地址高时，7位器件地址为0x5B；

四、启动与运行条件

  早期老化：CCS811 在电阻水平和灵敏度方面的性能在早期使用过程中会发生变化。在此阶段，电阻变化在运行的前 24 至 48 小时内最为显著。老化过程旨在加速 CCS811 的这一阶段，从而最大限度地减少正常运行期间的变化。即新器件首次上电后，持续运行 ≥ 48 h 可稳定传感器电阻与灵敏度；若长期断电后重启，建议同样进行 48 h早期老化。
  CCS 建议 CCS811 尽可能在所选模式 1-4 下连续运行至少 24 小时，以确保性能更稳定，并能够更准确地指示室内空气质量 (IAQ) 水平。每次切换测量模式后需持续运行 ≥ 20 min，待算法基线收敛后方可读取准确数据；切换至 Idle 模式时，需最少 10 min 稳定。

五、主要寄存器介绍

STATUS (0x00)：状态寄存器，单字节只读，指示设备是否处于活动状态、是否有新数据可用或是否发生错误。

MEAS_MODE (0x01)：设置驱动模式寄存器，单字节读写，用于启用传感器驱动模式和中断。

ALG_RESULT_DATA (0x02) ：算法结果数据寄存器，多字节只读寄存器包含计算出的 eCO2 (ppm) 和 TVOC (ppb) 值，后跟 STATUS 寄存器、ERROR_ID 寄存器和 RAW_DATA 寄存器。

• 如果仅需要 eCO2，则只需读取前 2 个字节。
• 如果需要 TVOC，则需要读取 4 个字节。
• 在没有实现中断且主机需要轮询 STATUS 寄存器以确定是否有新数据的系统中，一种有效的替代方案是在单个事务中读取 5 个字节，并返回 eCO2、TVOC 和状态寄存器。
• 也可以在单个事务中读取所有 8 个字节。
  

ENV_DATA (0x05)：环境补偿寄存器，4字节读写，按固定格式写入湿度（16 bit）与温度（16 bit）用于补偿​。

• 湿度存储在字节 0 中，精确到 0.5%，其他小数部分可以存储在字节 1 中。默认值为 50% = 0x64, 0x00。例如，48.5% 的湿度存储为 0x61, 0x00。
• 温度存储在字节 2 中，精确到 0.5°C，并添加 25°C 作为偏移量（因此所有值均为正值）。其他小数部分可以存储在字节 3 中。默认值为 25°C = 0x64, 0x00。例如，23.5% 的温度存储为 0x61, 0x00。

内部算法使用这些值（如果应用程序未设置，则使用默认值）来补偿湿度和环境温度的变化。

NTC (0x06)：NTC寄存器，四字节只读：返回 RREF 与 RNTC 两端电压（mV），主机据此计算环境温度并写入 ENV_DATA​ 。NTC 电阻的阻值可以通过所用参考电阻的比值和相关知识来确定。RNTC = VNTC x RREF / VREF。温度可以通过所用 NTC 电阻的数据表中的 NTC 电阻阻值来确定。

其中模块上预留有相应焊盘，方便NTC补偿。

BASELINE (0x11) ：基线寄存器，双字节读写，其中包含算法计算中使用的当前基线的编码版本。先前存储的值可以写回此双字节寄存器，算法将在其计算中使用新值（直到其作为内部自动基线校正的一部分进行调整）。如果要保存基线并在稍后恢复，则必须将两个字节一起保存并一起写回。
HW_ID (0x20)：设备ID寄存器，单字节只读，硬件标识，固定值 0x81 。
FW_Boot_Version (0x23) ：固件引导加载程序版本寄存器，双字节只读，Bootloader 固件版本。
FW_App_Version (0x24)：固件应用程序版本寄存器，双字节只读，Application 固件版本。
ERROR_ID (0xE0)：错误标识符寄存器，单字节只读，如果设置状态寄存器的ERR位为0，则此字节只读寄存器指示错误的来源。

SW_RESET (0xFF)：软复位寄存器，四字节写入(0x11,0xE5,0x72,0x8A）触发软件复位，重启至 Boot 模式 。
APP_START (0xF4)：应用程序启动寄存器，单字节写入，将 CCS811 的模式从启动模式更改为运行应用程序，以选择“APP_START”寄存器，并开始运行已加载的应用程序软件。

六、ESP32驱动示例

1. 引脚接线

ESP32	CCS811
3V3	VCC
GND	GND
21	SDA
22	SCL
23	WAK

2. 代码示例

/*
  ccs811basic.ino - Demo sketch printing results of the CCS811 digital gas sensor for monitoring indoor air quality from ams.
  Created by Maarten Pennings 2017 Dec 11
*/


#include <Wire.h>    // I2C library
#include "ccs811.h"  // CCS811 library


// Wiring for ESP8266 NodeMCU boards: VDD to 3V3, GND to GND, SDA to D2, SCL to D1, nWAKE to D3 (or GND)
//CCS811 ccs811(D3); // nWAKE on D3

// Wiring for Nano: VDD to 3v3, GND to GND, SDA to A4, SCL to A5, nWAKE to 13
//CCS811 ccs811(13); 

// nWAKE not controlled via Arduino host, so connect CCS811.nWAKE to GND
//CCS811 ccs811; 

// Wiring for ESP32 NodeMCU boards: VDD to 3V3, GND to GND, SDA to 21, SCL to 22, nWAKE to D3 (or GND)
CCS811 ccs811(23); // nWAKE on 23


void setup() {
  // Enable serial
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("");
  Serial.println("setup: Starting CCS811 basic demo");
  Serial.print("setup: ccs811 lib  version: "); Serial.println(CCS811_VERSION);

  // Enable I2C
  Wire.begin(); 
  
  // Enable CCS811
  ccs811.set_i2cdelay(50); // Needed for ESP8266 because it doesn't handle I2C clock stretch correctly
  bool ok= ccs811.begin();
  if( !ok ) Serial.println("setup: CCS811 begin FAILED");

  // Print CCS811 versions
  Serial.print("setup: hardware    version: "); Serial.println(ccs811.hardware_version(),HEX);
  Serial.print("setup: bootloader  version: "); Serial.println(ccs811.bootloader_version(),HEX);
  Serial.print("setup: application version: "); Serial.println(ccs811.application_version(),HEX);
  
  // Start measuring
  ok= ccs811.start(CCS811_MODE_1SEC);
  if( !ok ) Serial.println("setup: CCS811 start FAILED");
}


void loop() {
  // Read
  uint16_t eco2, etvoc, errstat, raw;
  ccs811.read(&eco2,&etvoc,&errstat,&raw); 
  
  // Print measurement results based on status
  if( errstat==CCS811_ERRSTAT_OK ) { 
    Serial.print("CCS811: ");
    Serial.print("eco2=");  Serial.print(eco2);     Serial.print(" ppm  ");
    Serial.print("etvoc="); Serial.print(etvoc);    Serial.print(" ppb  ");
    //Serial.print("raw6=");  Serial.print(raw/1024); Serial.print(" uA  "); 
    //Serial.print("raw10="); Serial.print(raw%1024); Serial.print(" ADC  ");
    //Serial.print("R="); Serial.print((1650*1000L/1023)*(raw%1024)/(raw/1024)); Serial.print(" ohm");
    Serial.println();
  } else if( errstat==CCS811_ERRSTAT_OK_NODATA ) {
    Serial.println("CCS811: waiting for (new) data");
  } else if( errstat & CCS811_ERRSTAT_I2CFAIL ) { 
    Serial.println("CCS811: I2C error");
  } else {
    Serial.print("CCS811: errstat="); Serial.print(errstat,HEX); 
    Serial.print("="); Serial.println( ccs811.errstat_str(errstat) ); 
  }
  
  // Wait
  delay(1000); 
}

3. 效果展示
   

总结

  CCS811 是 AMS推出的一款超低功耗数字气体传感器，内置金属氧化物微加热线圈（micro‑hotplate）与片上 MCU/ADC，能够通过 I²C 接口直接输出等效 CO₂（eCO₂）和总挥发性有机物（TVOC）浓度，广泛用于室内空气质量监测与智能家居等场景。