Vollständige Anleitung zum Luftqualitäts-Gassensormodul CCS811

Die Luftqualität in Innenräumen wird immer wichtiger, da die Menschen mehr Zeit in Häusern, Büros, Klassenzimmern und Industrieumgebungen verbringen.Schlechte Belüftung und das Vorhandensein flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) aus Haushaltsprodukten, Möbeln, Rauch und Chemikalien können sich negativ auf Komfort, Gesundheit und Produktivität auswirken.Um dieses Problem anzugehen, wurde CCS811 entwickelt, um eine zuverlässige Luftqualitätsüberwachung in Echtzeit in intelligenten und vernetzten Systemen zu ermöglichen.In diesem Artikel werden das Funktionsprinzip, die Pin-Konfiguration, die technischen Spezifikationen und mehr des CCS811-Sensors erläutert.

Katalog

CCS811 Luftqualitäts-Gassensormodul

Die CCS811 Das Luftqualitäts-Gassensormodul ist ein digitaler Gassensor zur Überwachung der Luftqualität in Innenräumen.Es erkennt ein breites Spektrum flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) und liefert zwei Hauptausgaben: Gesamtgehalt flüchtiger organischer Verbindungen (TVOC) und entsprechende CO₂-Werte (eCO₂).Der eCO₂-Wert wird auf Basis der erfassten VOC-Konzentrationen berechnet und eignet sich daher zur Beurteilung der Lüftungsleistung und der Raumluftbedingungen.

Das Modul kann Schadstoffe erkennen, die von Haushaltschemikalien, Rauch, Alkoholdämpfen, Reinigungsmitteln, Farben, Klebstoffen und anderen Schadstoffen in Innenräumen freigesetzt werden.Aufgrund seiner kompakten Größe und seines geringen Stromverbrauchs wird es häufig in Smart-Home-Systemen, HVAC-Überwachung, Luftreinigern, tragbaren Luftqualitätsmessgeräten und IoT-Umweltüberwachungsprojekten eingesetzt.

Wie funktioniert es?

Der CCS811 arbeitet mit einem Metalloxid-Sensorelement (MOX), das seinen Widerstand ändert, wenn es VOC-Gasen ausgesetzt wird.Diese Widerstandsänderungen werden von einem integrierten Analog-Digital-Wandler (ADC) und einem internen Mikrocontroller verarbeitet, der TVOC- und eCO₂-Werte berechnet.

Der Sensor kommuniziert digital über eine I²C-Schnittstelle und ermöglicht so eine einfache Integration mit Mikrocontrollern wie Arduino, ESP32 und Raspberry Pi.Es unterstützt mehrere Messantriebsmodi (1 Sekunde, 10 Sekunden, 60 Sekunden und 250 Millisekunden), sodass Benutzer die Messgeschwindigkeit und den Stromverbrauch in Einklang bringen können.

Das Modul misst eCO₂ in einem Bereich von 400–8192 ppm und TVOC in einem Bereich von 0–1187 ppb.Es unterstützt außerdem einen externen 10K-NTC-Thermistor zur Temperaturkompensation, um die Genauigkeit zu verbessern.Nach einer empfohlenen Einbrennzeit liefert der Sensor stabile und zuverlässige Luftqualitätswerte, die für kontinuierliche Überwachungsanwendungen geeignet sind.

Details zur Pinbelegung des CCS811-Sensormoduls

CCS811 Sensor-IC-Pinbelegung

Pin Nein.	Pin Name	Typ	Beschreibung
1	GND	Macht	Boden Verbindung.
2	ADDR	Eingabe	I²C-Adresse Auswahl (LOW = 0x5A, HIGH = 0x5B).
3	SDA	Bidirektional	I²C-Datenleitung für die Kommunikation.
4	SCL	Eingabe	I²C-Taktleitung für die Kommunikation.
5	nWACH	Eingabe	Aktiv-Low-Wake Signal;Bringt den Sensor aus dem Schlafmodus.
6	nINT	Ausgabe	Aktiv-niedrig unterbrechen; unterbrechen;zeigt an, dass die Daten bereit sind oder ein Schwellenwertereignis vorliegt.
7	nRESET	Eingabe	Aktiv-niedrig Hardware-Reset-Pin.
8	AIN	Analoger Eingang	Eingabe für externer NTC-Thermistor zur Temperaturkompensation.
9	VDD	Macht	Hauptversorgung Spannung (1,8 V für IC).
10	VDD_PADS	Macht	Heizungsversorgung Spannung für das Sensorelement (typischerweise 1,8 V).

Pinbelegung des CCS811-Sensormoduls

Pin Name	Typ	Beschreibung
VCC	Macht	Stromversorgung Eingang (normalerweise 3,3 V; einige Breakout-Boards unterstützen 5 V mit Onboard). Regler).
GND	Macht	Boden Verbindung.
SCL	Eingabe	I²C-Taktleitung zur Kommunikation mit Mikrocontroller.
SDA	Bidirektional	I²C-Datenleitung zur Kommunikation mit Mikrocontroller.
WAK (WACH)	Eingabe	Wird zum Aufwecken verwendet Sensor aus dem Schlafmodus (normalerweise mit GND verbunden für Dauerbetrieb).
INT	Ausgabe	Ausgabe unterbrechen Stift;geht auf Low, wenn neue Daten bereit sind oder der Schwellenwert erreicht ist.
RST	Eingabe	Hardware-Reset Pin (aktiv niedrig).
HINZUFÜGEN	Eingabe	I²C-Adresse Auswahlpin (LOW = 0x5A, HIGH = 0x5B).

Spezifikationen des CCS811-Sensormoduls

Parameter	Spezifikation
Sensortyp	Digitales Gas Sensor für Raumluftqualität
Gemessene Ausgänge	eCO₂ (äquivalent CO₂), TVOC
eCO₂-Messung Reichweite	400 ppm bis 8192 ppm
TVOC-Messung Reichweite	0 ppb bis 1187 ppb
Schnittstelle	I²C (bis zu 400 kHz)
I²C-Adresse	0x5A (Standard), 0x5B (konfigurierbar)
Versorgungsspannung (Sensor-IC)	1,8 V
Versorgungsspannung (Typisches Modul)	3,3 V oder 5 V (mit integriertem Regler)
Durchschnittlicher Strom Verbrauch	~30 mA (aktiv Modus)
Leerlaufstrom	~1mA
Messung Modi	1er, 10er, 60er, 250-ms-Antriebsmodi
Temperatur Sensor	Integrierter NTC Eingang zur Kompensation
Aufwärmzeit	~20 Minuten (erste Einbrenndauer empfohlen: 48 Stunden)
Betrieb Temperatur	-5°C bis +50°C
Betrieb Luftfeuchtigkeit	10 % bis 95 % relative Luftfeuchtigkeit (nicht kondensierend)
Paket Abmessungen (IC)	2,7 mm × 4,0 mm × 1,1 mm
Typisches Modul Größe	~21 mm × 18 mm × 3 mm

Funktionen des CCS811-Sensormoduls

Digitaler Sensor für die Raumluftqualität (IAQ).

Der CCS811 ist ein digitaler Gassensor, der speziell für die Überwachung der Luftqualität in Innenräumen entwickelt wurde.Es misst Luftschadstoffe und wandelt Rohdaten zur Gasbeständigkeit in aussagekräftige Indikatoren für die Raumluftqualität wie eCO₂- und TVOC-Werte um, wodurch es für Smart Home- und Umweltüberwachungssysteme geeignet ist.

eCO₂-Messung (400 ppm – 8192 ppm)

Der Sensor liefert äquivalente Kohlendioxid (eCO₂)-Messwerte im Bereich von 400 ppm bis 8192 ppm.Diese Schätzung hilft bei der Beurteilung der Belüftungsleistung in Innenräumen und der Erkennung steigender CO₂-Werte, die durch die Anwesenheit von Menschen verursacht werden, und trägt so zur Verbesserung des Komforts und der Produktivität in geschlossenen Räumen bei.

TVOC-Messung (0 ppb – 1187 ppb)

CCS811 misst die Gesamtmenge flüchtiger organischer Verbindungen (TVOC) von 0 bis 1187 ppb.Zu den TVOCs gehören Gase, die von Haushaltsprodukten, Farben, Reinigungsmitteln und Möbeln emittiert werden.Durch die Überwachung der TVOC-Werte können schlechte Luftqualität und potenzielle Gesundheitsrisiken in Innenräumen erkannt werden.

Digitale I²C-Kommunikationsschnittstelle

Das Modul nutzt eine I²C-Schnittstelle zur Kommunikation und ermöglicht so eine einfache Integration mit Mikrocontrollern wie Arduino, ESP32, Raspberry Pi und anderen Entwicklungsboards.Der digitale Ausgang vereinfacht die Verkabelung und reduziert das Signalrauschen im Vergleich zu analogen Gassensoren.

Mehrere Antriebsmodi zur Leistungsoptimierung

CCS811 unterstützt verschiedene Messmodi, darunter 1 Sekunde, 10 Sekunden, 60 Sekunden und 250 Millisekunden.Diese wählbaren Antriebsmodi ermöglichen es Entwicklern, Stromverbrauch und Messgeschwindigkeit je nach Anwendungsanforderungen auszugleichen.

Integrierte NTC-Thermistor-Unterstützung

Der Sensor verfügt über einen Eingang für einen externen NTC-Thermistor zur Verbesserung der Temperaturkompensation.Eine genaue Temperaturkorrektur erhöht die Zuverlässigkeit der Gasmessung und sorgt für stabilere Messwerte der Raumluftqualität.

Geringer Stromverbrauch

Der CCS811 ist für den Betrieb mit geringem Stromverbrauch ausgelegt und eignet sich daher für batteriebetriebene und IoT-Anwendungen.Es verfügt außerdem über einen Ruhe- und Schlafmodus, um den Energieverbrauch zu senken, wenn keine kontinuierliche Überwachung erforderlich ist.

Kompaktes und kostengünstiges Design

Mit einem kleinen Formfaktor (typischerweise etwa 21 mm × 18 mm für Module) ist das CCS811-Sensormodul kompakt und wirtschaftlich.Aufgrund seiner Größe und Erschwinglichkeit eignet es sich ideal für tragbare Luftqualitätsmonitore und eingebettete Systeme.

Erkennung verschiedener VOC-Gase

Zusätzlich zur allgemeinen TVOC-Messung kann der Sensor Gase wie Aldehyde, Ketone, organische Säuren, Amine sowie aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe erkennen.Diese umfassende Erkennungsfähigkeit macht es für Anwendungen zur Überwachung der Luftverschmutzung in Innenräumen nützlich.

CCS811 Sensormodul mit Arduino

Das Diagramm zeigt, wie das Luftqualitätssensormodul CCS811 über die I²C-Kommunikationsschnittstelle mit einem Arduino Uno verbunden wird.Der CCS811 kommuniziert digital über zwei Hauptsignalleitungen: SDA (Datenleitung) und SCL (Taktleitung).In diesem Setup ist der SDA-Pin des CCS811 mit dem SDA-Pin (A4) des Arduino Uno verbunden, während der SCL-Pin mit dem SCL-Pin (A5) des Arduino verbunden ist.Diese beiden Leitungen ermöglichen es dem Arduino, eCO₂- und TVOC-Daten vom Sensor zu lesen.

Das Modul wird über den 3,3-V-Pin mit Strom versorgt, der mit dem 3,3-V-Ausgang des Arduino verbunden ist, und der GND-Pin ist mit der Arduino-Masse verbunden, um den Schaltkreis zu vervollständigen.Dadurch wird eine stabile Stromversorgung und die richtige Referenzspannung für die Kommunikation gewährleistet.Andere Pins wie RST, INT, WAK und NTC werden in diesem einfachen Verdrahtungsbeispiel nicht verwendet, können aber angeschlossen werden, wenn erweiterte Funktionen wie Hardware-Reset oder Temperaturkompensation erforderlich sind.

Anwendungen des CCS811-Sensormoduls

• Systeme zur Überwachung der Luftqualität in Innenräumen

• Smart-Home-Luftüberwachungsgeräte

• HVAC-Steuerungssysteme

• Luftreiniger und Lüftungssysteme

• IoT-Umgebungsüberwachungsknoten

• CO₂-Überwachung in Büros und Klassenzimmern

• Tragbare Luftqualitätsmessgeräte

• Intelligente Thermostate

• Industrielle Raumluftüberwachung

• Gebäudeautomationssysteme

• Luftüberwachung in Schulen und Krankenhäusern

• Tragbare Umweltsensoren

Vergleich: CCS811-Modul vs. ENS160-Modul

Spezifikation	CCS811 Modul	ENS160 Modul
Sensortyp	Digitaler Metal Oxidgassensor	Mehrkanalig Gas- und Umweltsensor
Gemessene Gase	eCO₂ (äquivalent CO₂), TVOC	eCO₂, TVOC, Formaldehyd (HCHO), Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit (je nach Variante)
eCO₂-Bereich	~400–8192 ppm	~400–8192 ppm
TVOC-Bereich	~0–1187 ppb	~0–1187 ppb
Zusätzliches Gas Erkennung	Allgemeine VOC Klasse	Formaldehyd (HCHO) und erweiterte VOC-Empfindlichkeit
Schnittstelle	I²C	I²C
I²C-Adresse	0x5A oder 0x5B	Typischerweise 0x53
Betrieb Spannung	1,8 V Kern (3,3 V). Modul)	1,8 V Kern (3,3 V). Modul)
Macht Verbrauch	Mäßig (~30 mA aktiv)	Geringere Leistung optimiert
Temperatur & Feuchtigkeitsausgleich	Externer NTC Thermistorunterstützung	Integriert Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren
Messung Modi	Mehrere periodische Modi (1s bis 60s)	Automatisch/Umgebung Modusauswahl
Aufwärmen / Burn-In-Anforderung	Empfohlen ~48 Stunden Einbrennen	Reduziert bzw automatische Kalibrierung
Genauigkeit	Gut für den Allgemeinen IAQ	Verbessert mit Mehrkanalkompensation
Paketgröße (Modul)	Kompakt (~21 × 18 mm)	Klein / ähnlich kompaktes Modul
Typischer Anwendungsfall	Grundlegende IAQ Überwachung	Erweiterte IAQ mit Formaldehyd und Umweltsensorik
Kalibrierung	Selbstkalibrierend mit Einbrennen	Smart an Bord Kalibrierung
Ziel Anwendungen	Luftqualität Projekte, HVAC, Arduino/IoT	Intelligente IAQ Monitore, Konsumgüter, Formaldehyderkennung
Kosten	Niedriger	Mäßig bis höher
Eignung für Konsumgüter	Gut	Ausgezeichnet (Multisensor)
Zusätzlich Funktionen	Einfach digital Sensor	Mehrkanalig Umweltsensorik

Mechanische Abmessungen

Fazit

Durch die Kombination eines MOX-Sensorelements, eines integrierten ADC und digitaler I²C-Kommunikation liefert das Luftqualitäts-Gassensormodul CCS811 genaue TVOC- und eCO₂-Messwerte in einem kompakten und stromsparenden Design.Seine konfigurierbaren Antriebsmodi, die Unterstützung der Temperaturkompensation und die Interrupt-Funktionen machen ihn flexibel für einfache Hobbyprojekte und fortschrittliche IoT-basierte Umgebungssysteme.Der CCS811 liefert weiterhin zuverlässige Leistung zu geringeren Kosten und eignet sich daher ideal für Smart Homes, HVAC-Steuerung, tragbare Monitore und integrierte Luftqualitätslösungen.

Datenblatt PDF

CCS811 Datenblatt:

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Wie genau ist der Luftqualitätssensor CCS811?

Der CCS811 bietet eine gute relative Genauigkeit für Raumluftqualitätstrends statt einer Präzision auf Laborniveau.Es eignet sich am besten zur Überwachung von Veränderungen des VOC- und eCO₂-Gehalts im Zeitverlauf anstelle der absoluten CO₂-Messung.

2. Misst der CCS811 echtes CO₂ oder berechnetes CO₂?

Der CCS811 misst das tatsächliche CO₂ nicht direkt.Es schätzt das äquivalente CO₂ (eCO₂) basierend auf der VOC-Erkennung mithilfe interner Algorithmen.

3. Warum benötigt der CCS811 eine Einbrennphase von 48 Stunden?

Das MOX-Sensorelement muss nach dem ersten Gebrauch stabilisiert werden.Durch die Einbrennphase kann sich die Sensorbasislinie auf zuverlässigere Langzeitmesswerte einstellen.

4. Was verursacht instabile oder schwankende CCS811-Messwerte?

Instabile Messwerte können durch unzureichendes Einbrennen, schnelle Temperaturschwankungen, hohe Luftfeuchtigkeit, schlechte Belüftung oder in der Nähe befindliche alkoholbasierte Produkte verursacht werden.

6. Kann ich mehrere CCS811-Sensoren an einem I²C-Bus verwenden?

Ja, aber mithilfe der Adressauswahl (0x5A und 0x5B) können sich nur zwei Sensoren denselben Bus teilen.Weitere Sensoren erfordern einen I²C-Multiplexer.

7. Was ist der Unterschied zwischen CCS811- und NDIR-CO₂-Sensoren?

CCS811 schätzt CO₂ basierend auf der VOC-Erkennung, während NDIR-Sensoren die tatsächliche CO₂-Konzentration mithilfe von Infrarotlicht messen.NDIR-Sensoren sind genauer, aber normalerweise größer und teurer.