CO2濃度センサ(CJMCU-811/CCS811)のCO2の検出

はじめに

みんなさん、CO2濃度に気になっているのでしょうか。普通に換気の良い環境において、CO2がそんなに気にしなくても大丈夫と思いますが、冬になるとなかなか窓を開けたくない時やビニールハウスの農作物栽培などの場合はCO2濃度が室外と顕著的な差が出るかもしれません。今度はCJMCU-811(CCS811も呼ばれる)というセンサーを使って、室内のCO2濃度を図れるように紹介します。

環境

• IoTデバイス（ESP-WROOM-32）
• ファームウェア（MicroPython1.15）
• CO2濃度センサ (CJMCU-811/CCS811)

ファームウェアはmicropythonのホームページにダウンロードすることができます。作業する前にちゃんとファームウェアが一致することを確認する方がおすすめです。micropython以外にもAdafruit CircuitPythonなどがありますので、内蔵するモジュールが異なるため実行できない可能性が高いです。Adafruit CircuitPythonにもCCS811のモジュールがあるので、ラズパイを使っている人はAdafruitのCCS811githubページを参照すればいいと思います。

配置図

今度はBMP280と併用しています。CO2濃度センサそのままでCO2濃度を検出できますが、環境によって誤差が大きいらしいので、温度と気圧などで補正することがよりいい精度がもらえます。
配置図は下記のようにやっています。

ESP32のPinは裏面に書いてあります。

ソースコード

ソースコードはNotthemarsianさんが作ったmicropythonに使えるモジュールを参照して編集しました。
まずはCCS811のデータを取得するモジュールは下記のように示します。

CCS811.py

"""
ams CCS811 Indoor Air Quality Sensor
Date:  April 2018
License: This code is public domain
Based on CCS811 datasheet. Inspired by Adafruit and Sparkfun libraries
Tested with Adafruit CCS811 Air quality breakout. Product ID: 3566
Tested on NodeMCU and Wemos D1 Mini (ESP8266) MicroPython v1.8.7-7-gb5a1a20a3
and MicroPython v1.9.3-8-g63826ac5c on 2017-11-01; ESP module with ESP8266
"""

from machine import SoftI2C

class CCS811(object):
    """CCS811 gas sensor. Measures eCO2 in ppm and TVOC in ppb"""

    def __init__(self, i2c=None, addr=90):
        self.i2c = i2c
        self.addr = addr      # 0x5A = 90, 0x5B = 91
        self.tVOC = 0
        self.eCO2 = 0
        self.mode = 1       # Constant power mode; measurement every second
        self.error = False

        # Check if sensor is vailable at i2c bus address
        devices = i2c.scan()
        if self.addr not in devices:
            raise ValueError('CCS811 not found. Please check wiring. Pull nWake to ground.')
        # See figure 22 in datasheet: Bootloader Register Map
        # Check HW_ID register (0x20) - correct value 0x81
        hardware_id = self.i2c.readfrom_mem(self.addr, 0x20, 1)
        if (hardware_id[0] != 0x81):
            raise ValueError('Wrong Hardware ID.')
        # Check Status Register (0x00) to see if valid application present-
        status = self.i2c.readfrom_mem(self.addr, 0x00, 1)
        # See figure 12 in datasheet: Status register: Bit 4: App valid
        if not (status[0] >> 4) & 0x01:
            raise ValueError('Application not valid.')
        # Application start. Write with no data to App_Start (0xF4)
        self.i2c.writeto(self.addr, bytearray([0xF4]))
        # Set drive mode 1 - see Figure 13 in datasheet: Measure Mode Register (0x01)
        self.i2c.writeto_mem(self.addr, 0x01, bytearray([0b00011000]))

    def __string__(self):
        return 'eCO2: %d ppm, TVOC: %d ppb' % (s.eCO2, s.tVOC)
        # doesn't seem to work

    def data_ready(self):
        """returns true if new data was downloaded. Values in .eCO2 and .tVOV"""
        status = self.i2c.readfrom_mem(self.addr, 0x00, 1)
        # bit 3 in the status register: data_ready
        if (status[0] >> 3) & 0x01:
            # datasheet Figure 14: Algorithm Register Byte Order (0x02)
            register = self.i2c.readfrom_mem(self.addr, 0x02, 4)
            co2HB = register[0]
            co2LB = register[1]
            tVOCHB = register[2]
            tVOCLB = register[3]
            self.eCO2 = ((co2HB << 8) | co2LB)
            self.tVOC = ((tVOCHB << 8) | tVOCLB)
            return True
        else:
            return False

    def get_baseline(self):
        register = self.i2c.readfrom_mem(self.addr,0x11,2)
        HB = register[0]
        LB = register[1]
        #baseline = (HB << 8) | LB
        return HB, LB

    def put_baseline(self,HB,LB):
        register = bytearray([0x00,0x00])
        register[0] = HB
        register[1] = LB
        self.i2c.writeto_mem(self.addr,0x11,register)
    
    def put_envdata(self,humidity,temp):
        envregister = bytearray([0x00,0x00,0x00,0x00])
        envregister[0] = int(humidity) << 1
        t = int(temp//1)
        tf = temp % 1
        t_H = (t+25) << 9
        t_L = int(tf*512)
        t_comb = t_H | t_L
        envregister[2] = t_comb >> 8
        envregister[3] = t_comb & 0xFF
        self.i2c.writeto_mem(self.addr,0x05,envregister)
        #return envregister

上記のモジュールが内蔵する前提として、実行のサンプルは下記の通りです。
Pinのところはよく確認してください。ここは前の配置図によってsclはPin(19)とsdaはPin(18)に繋がることが分かります。

CCS811example.py

"""Example usage basic driver CCS811.py"""

from machine import Pin, SoftI2C
import time
import CCS811

def main():
    i2c = SoftI2C(scl=Pin(19), sda=Pin(18))
    # Adafruit sensor breakout has i2c addr: 90; Sparkfun: 91
    s = CCS811.CCS811(i2c=i2c, addr=90)
    time.sleep(1)
    while True:
        if s.data_ready():
            print('eCO2: %d ppm, TVOC: %d ppb' % (s.eCO2, s.tVOC))
            time.sleep(1)

main()

実行結果

実行結果は下記の通りです。

これは一秒ごとに取っています。これを変更したいならtime.sleep()内の数値を書き換えればできます。今回はBMP280温度センサーも使っていますから、これから温度による補正する方法を見つけたいと思います。

参考資料

Notthemarsianさんが作ったCCS811モジュール: Notthemarsian github link