近年来，由于人们对室内环境健康和福祉的担忧，人们对空气质量传感器和挥发性有机化合物 (VOC) 检测的兴趣显著增长。 具体来说，SGP30 和 CCS811 型号已成为家庭自动化项目、家庭气象站、环境监测和教育电子产品的标杆。
然而，缺乏易于理解、清晰且真正有用的信息来解释、比较并帮助您在两个传感器之间做出明智的选择。
在本文中，我们为您带来有关 SGP30 和 CCS811 VOC 传感器的最全面、可靠和最新的信息。 您将了解它们的工作原理、独特功能、实际应用、使用技巧、技术方面以及在基本商店描述中通常找不到的细节。如果您正在寻找有关如何最大程度地利用空气质量测量的详细指南，那么这里就是您要找的地方……
为什么要在室内测量 VOC 和 eCO2？
封闭环境中的 VOC（挥发性有机化合物）通常与地毯、家具、清洁产品、炉灶、烟雾和其他家居用品有关。 这些物质虽然看似无害，但长期来看会影响人们的健康，引起呼吸问题、过敏或头痛。
测量 eCO2（二氧化碳当量）和 TVOC 水平对于做出通风、空气更新和改善环境舒适度的决策至关重要。
推出 SGP30 和 CCS811 传感器
SGP30 和 CCS811 是数字传感器，能够测量 VOC 浓度并提供 eCO2 估计值，从而促进电子和物联网项目中的室内空气质量监测。 两种型号均由知名公司生产（SGP30 由 Sensirion 生产，CCS811 由 AMS 生产），并且由于其数字接口，几乎可以与任何现代微控制器兼容。
- SGP30： 完全集成的多像素传感器，采用 MOX（金属氧化物）技术和自己的微控制器。因其精确度和易于集成而被广泛使用。
- CCS811： 采用 MOX 技术和 eCO2 估算的数字传感器，广泛应用于低功耗系统，具有出色的性价比。
运营及底层技术
两种传感器均采用 MOX 技术，该技术由涂有金属氧化物材料（通常是二氧化锡）的小芯片组成。 当空气中的挥发性有机化合物 (VOC) 与活性表面接触时，它们会改变其电阻，从而可以推断出其中化合物的浓度。
SGP30 因将多个传感器元件集成到单个封装中而脱颖而出。 这使您能够更好地识别趋势并以更稳定的方式比较空气质量。另一方面，CCS811 采用类似的测量原理，能够准确返回 TVOC 和 eCO2 读数，尽管与 SGP30 相比有一些限制。
SGP30的主要技术特点
- 全数字化，I2C连接，兼容3.3V和5V。
- 所示值典型测量精度为 15%。
- 能够检测 2 至 0 ppm 的 eCO60.000 浓度。
- TVOC 测量范围为 0 至 60.000 ppb（十亿分之一）。
- 不需要延长 I2C 时钟，方便与基本微控制器的通信。
- 包含内部微控制器 它管理测量的供给、计算和补偿。
- 允许根据已知来源进行校准，从而能够长期获得更可靠的数值。
- 提供湿度补偿以微调读数，需要外部相对湿度传感器。
一个重要的细节是，该传感器和 CCS2 中的 eCO811 测量值主要基于检测到的氢气 (H2) 浓度进行估算。 也就是说，它不是对二氧化碳的直接测量，而是一个计算值，可用于监测环境趋势并进行比较，但不适合实验室使用或精确研究。
SGP30的优势和应用
- 由于其多传感器架构，测量具有可靠性和稳定性。
- 非常适合监测家庭、办公室、学校隔间、实验室等的空气质量。
- 广泛用于家庭自动化系统和 DIY 气象站。
- 轻松与 Arduino、ESP32、Raspberry Pi 等平台集成。
- 适用于大多数语言的软件库。
- 包括图表、连接示例和技术平台支持。
SGP30 和 CCS811 之间的主要区别
尽管两种传感器具有相同的基本原理，但在选择在项目中实施哪种传感器时，需要牢记一些重要的区别：
- SGP30 不需要时钟延长信号。，此功能大大简化了与不支持此类通信的微控制器的连接。
- CCS811 可能需要一些额外的硬件考虑来确保稳定的 I2C 通信。 无论您使用基本主板还是简约系统。
- 在准确性方面，这两种传感器都为环境监测提供了指示性但可靠的值。，由于其内部有微控制器，SGP30 在稳定性和易于校准方面略有领先。
- 在这两种情况下，eCO2 参考值都是计算出来的，并不对应于实际的 CO2 测量值。 基于针对该气体的光学或化学传感器。
测量和校准范围
两个传感器均提供详细的 TVOC（以十亿分之一为单位）和 eCO2（以百万分之一为单位）值。 两者的典型范围都在 0 到 60.000 之间，尽管在典型的家庭和办公环境中，TVOC 值通常记录得远低于 1.000 ppb，而 eCO2 值则在 400 到 2.000 ppm 之间。
为了达到最高的精度，特别是用于环境研究时，必须使用已知来源校准传感器。 该校准可补偿与传感器制造过程和老化相关的细微偏差。
项目集成和兼容性
SGP30 和 CCS811 都已集成到 Adafruit、SparkFun 等知名品牌的开发板中，使它们更容易集成到 DIY 项目中。 它们通常安装在包含电压调节器和逻辑电平转换器的小型 PCB 上，允许直接连接到 3.3V 或 5V 微控制器。
两个传感器均选择 I2C 协议，确保与几乎所有当前平台兼容。 此外，周围的大型社区保证提供可立即使用的库和代码示例，以及 GitHub 或 Fritzing 等平台上的电子原理图和教学资源。
湿度补偿的优点
一个经常被忽视但又非常相关的方面是环境湿度对挥发性有机化合物测量的影响。 为了达到尽可能高的精度，SGP30 允许通过 I2C 总线发送 %RH（相对湿度）值来设置湿度补偿。
这样，如果您有额外的湿度传感器，您可以调整测量值并最大限度地减少大气变化造成的误差。
限制和良好使用实践
重要的是要记住，MOX 传感器虽然非常适合趋势分析和基准测试，但在测量中确实表现出一些变化。 因此，对于关键用途，定期校准是必要的，如果目标是在科学或监管层面监测空气质量，则必须使用专门用于测量二氧化碳的光学传感器。
然而，对于绝大多数家庭、教育和环境控制应用而言，SGP30 和 CCS811 都提供了实用、经济高效且易于访问的解决方案。 它们的能耗极低，并且可以全天候运行，且维护要求极低。
可用的文档和资源
这些传感器的一大优势是拥有丰富的可用文档。 从连接指南、分步手册、各种编程语言的示例，到用于创建您自己的 PCB 的 Fritzing 或 EagleCAD 等资源。 Adafruit 和 SparkFun 等品牌一直致力于使生态系统更易于使用，提供教程、支持论坛和演示视频。
Arduino、ESP8266、ESP32、MicroPython 等可用的库允许您从第一分钟开始实际利用传感器，并提供实时测量、数据记录和图形显示的示例。 所有这些都使得初学者和专家都可以快速推进他们的项目，而无需在技术配置上投入过多的时间。
这些传感器适合哪些人使用？
这些传感器非常适合电子爱好者、制造商、学生、教师，甚至寻求简单解决方案来监测室内空气质量趋势和变化的环境工程专业人士。 如果您想要集成警报系统（例如，控制自动通风）、记录环境数据、进行课堂研究或监测办公室的气氛，它们也是理想的选择。
由于体积小、使用方便，它们可以隐蔽地安装在任何地方，从电子盒到 3D 打印外壳。 而且由于成本低廉，可以在家庭、办公室或企业的不同位置安装多个传感器以获得完整的环境地图。
为您的项目选择理想的传感器
虽然这两种传感器对于大多数项目来说已经足够了，但选择最合适的传感器取决于几个因素：
- 集成的简易性和稳健性： 在需要最大可靠性并且不希望 I30C 复杂化的项目中，通常首选 SGP2。
- 可用性和成本： CCS811因其良好的性价比以及市场上大量兼容的主板而非常受欢迎。
- 准确度和校准需求： 如果您追求最高的精度和补偿环境影响的能力，SGP30 比 CCS811 更胜一筹。
两种传感器可以在同一系统中完美共存，利用各自的优势进行比较研究或交叉验证。
最终，SGP30 和 CCS811 都实现了空气质量监测的民主化，促进了不仅可以改善舒适度而且还可以对长期健康产生积极影响的项目。 了解其特性、局限性和能力是充分利用它的关键，现在您拥有选择和集成最适合您的模型所需的所有信息。
