十一合一环境及空气质量传感器Modbus通讯协议插图1

产品功能描述:

X-SSG-A1101-RS485 十合一环境及空气质量传感器采用高速处理器, 集成 CO2、甲醛、TVOC、激光粉 尘 PM2.5 、PM10 、PM1.0  颗粒物、温度、湿度、气压、光照度及噪声检测于一体, 通过 RS485 总线 通信方式实现环境质量数据检测上报。采用旋转卡扣方式吸顶安装,操作简单。

产品技术指标

2.1     检测参数及分辨率
传感器数据测量分辨率测量范围测量精度
二氧化碳 eCO21ppm400  ~ 60,000ppm±30ppm
TVOC1ug/m30  ~ 60,000ug/m³±50ug/m3
甲醛 CH2O1ug/m30  ~ 1,000ug/m³±25%
PM2.51ug/m30  ~ 1,000ug/m³±10%
PM101ug/m30  ~ 1,000ug/m³±10%
PM1.01ug/m30  ~ 1,000ug/m³±10%
温度0.01℃-40  ~ 85℃±0.2℃
湿度0.01%0  ~ 100%±1%RH
气压1Pa30,000  ~ 110,000Pa±12Pa
光照度1Lux0  ~ 60,000Lux±5%
噪声1dB30  ~ 90dB±3dB

注意:模块输出的 CH2O 值为 TVOC 的等效值,客户购买和使用时请注意。

2.2     工作电压: DC5V±0.2V @150mA

2.3     工作环境:工作温度- 10 ~ 60℃,工作湿度: 5 ~ 95%RH(无凝结)

2.4     通讯方式:Modbus-RTU 485 接口

2.5     预热时间:小于 3 分钟

半导体 VOC  传感器理论上来说通电时间越久越稳定

2.6     使用寿命: 3  年(空气中)

III.产品规格

3.1     外观尺寸图

十一合一环境及空气质量传感器Modbus通讯协议插图3

I 、标准 4 线接口                         II 、2 线 + USB 供电接口

如上图所示, 本产品⃞供“标准 4 线接口”和“2 线+USB 供电”两种物理接口,选购时请根 据实际需要注明。

本产品默认使用 5V 直流供电,如需特殊电压(6 – 36V),可联系我们定制。

3.2     接线定义

1)     “标准 4 线”接口类型:

序号名称备注
RS485_A黄色RS485_A
RS485_B绿色RS485_B
DC+红色默认 5V 直流供电, 特殊电压需定制
GND黑色接地线

2) “2 线+USB 供电”接口类型:

序号名称⃞述
A红色 (A)RS485_A
B黑色 (B)RS485_B
UMicro USB直流 5V 供电

注意:上表中的颜色为常规说明,具体接线时请以产品上的标签为准。

IV.RS485 通讯协议

4.1     通信参数

ModBus-RTU 485 参数: 9600/8/N/1

出厂默认地址: 0x01

返回数据时间:小于 100ms

4.2     通信协议

1)     读取地址命令

方向:用户应用->传感器模块;需要应答:是

请求消息格式:

字节编号数据说明
00xFE广播地址
10x11报告从机地址功能码
20x00固定
30x00固定
40x00固定
50x01固定
67CRC_LCRC_HCRC 校验

响应消息格式:

字节编号数据说明
00x01从机地址
10x11报告从机地址功能码
20x02字节数
3version固件版本
4address当前地址
56CRC_LCRC_HCRC 校验

例如:发送命令: FE 11 00 00 00 01 28 06

返回数据: 01 11 02 12 01 70 5C

说明:返回数据中 0x12 表示版本号为 V1.2 ,0x01 表示设备地址为 01

2)     修改地址命令。模组出厂默认地址为 0x01,地址范围可更改为: 1247

方向:用户应用->传感器模块;需要应答:是

请求消息格式:

字节编号数据说明
0address当前地址
10x06功能码
20x00固定
30x00固定
40x00预留
5new address新地址
67CRC_L
CRC_H
CRC 校验

响应消息格式:

字节编号数据说明
0address修改前的地址
10x06功能码
20x00固定
30x00固定
40x00预留
5new address修改后的地址
67CRC_L
CRC_H
CRC 校验

例如:当前地址为: 0x01 ,预设地址为: 0x02

发送命令: 01 06 00 00 00 02 08 0B

返回数据: 01 06 00 00 00 02 08 0B

当前地址再从: 0x02 ,改回: 0x01

发送命令: 02 06 00 00 00 01 48 39

返回数据: 02 06 00 00 00 01 48 39

3)     读取数据命令

方向:用户应用->传感器模块;需要应答:是

请求消息格式:

字节编号数据说明
0address当前地址
10x03功能码
2
3
0x00
MM
寄存器开始地址
4
5
0x00
NN
需要读取的传感器个数
6
7
CRC_L
CRC_H
CRC 校验

应答消息格式:

字节编号数据说明
0address当前地址
10x03功能码
2NN*2数据长度
3xx xx……传感器数据(气压占 4 字节, 既 2 个寄存器; 其他每个传感器数据占 2 字节, 既 1 个寄 存器)
3+NN*2
4+NN*2
CRC_L
CRC_H
CRC 校验

注意:返回传感器数据可以根据寄存器地址和数据长度来改变。

寄存器地址(0x00MM)与对应的传感器数据说明如下, 气压占 4 字节(2 个寄存器),其余每个传 感器数据占 2 字节(1 个寄存器)。

寄存器地址传感器数据占用寄存器数量
0x0000eCO21
0x0001TVOC1
0x0002CH2O1
0x0003PM2.51
0x0004湿度1
0x0005温度1
0x0006PM101
0x0007PM1.01
0x0008光照度(Lux)1
0x0009MCU 温度1
0x000A噪声(dB)1
0x000B气压(Pa)2

说明:

① 传感器个数 00 NN 最小为 00 01,最大为 00 0B。MM 值为 00 时, NN 值最大可为 0B,此时能读 出所有传感器的值, NN 为 01 时只能单独读取 eCO2 的数据, NN 为 02 时可读取 eCO2 和 TVOC 的数

据,以此类推。

② 寄存器靠前的地址,在加大数据长度时,可读取后面传感器的数据,但寄存器靠后的地址,不 能读取在此地址前传感器的数据。

③ 一个寄存器容纳 2 个字节数据, 气压占 4 字节,既 2 个寄存器,因此,在读取气压时要把连续 两个寄存器都读出来,其他每个传感器数据占 2 字节,既 1 个寄存器。

详情如下:

00MM00NN可以读取到的数据
00000001表示从起始地址 0000 读取 CO2 数据
00000002表示从起始地址 0000 读取 CO2 ,TVOC 数据
…………
0000000D表示从起始地址 0000 读取 CO2,TVOC,CH2O,PM2.5,湿
度,温度,PM10,PM1.0,光照度,MCU 温度,噪声数据,气压
数据
00010001表示从起始地址 0001 读取 TVOC 数据
00010002表示从起始地址 0001 读取 TVOC,CH2O 数据
…………
00010007表示从起始地址 0001 取 TVOC,CH2O,PM2.5,湿度,温
度,PM10,PM1.0 数据
0001000C表示从起始地址 0001 取 TVOC,CH2O,PM2.5,湿度,温
度,PM10,PM1.0,光照度,MCU 温度,噪声数据,气压数据
00020001表示从起始地址 0002 读取 CH2O 数据
00020002表示从起始地址 0002 读取 CH2O,PM2.5 数据
…………
000B0001表示从起始地址 000B 读取气压数据(2 个寄存器)

例如: 模组的地址为 0x01,

用户发送: 01 03 00 00 00 09 85 CC     ,即可将 9 个传感器数据读出;

用户发送: 01 03 00 00 00 0B 04 0D     ,即可将 11 个传感器数据(含 MCU 温度)读出;

用户发送: 01 03 00 00 00 0D 84 0F     ,即可将 12 个传感器数据(气压占 2 个寄存器)读出;

用户发送: 01 03 00 0B 00 02 B5 C9     ,即仅读取气压数据(占 2 个寄存器)。

4)     读取一帧数据

5)     返回数据格式如下:

字节编号数据说明
00x01报文头
10x03功能码
20x1A数据长度
3
4
CO2_H
CO2_L
CO2 数据
5
6
TVOC_H
TVOC_L
TVOC 数据
7
8
CH2O_H
CH2O_L
CH2O 数据
9
10
PM2.5_H
PM2.5  L
PM2.5 数据
11
12
Humi_H
Humi_L
湿度数据
13
14
Temp_H
Temp_L
温度数据
15
16
PM10_H
PM10_L
PM10 数据
17
18
PM01_H
PM01_L
PM1.0 数据
19
20
Lux_H
Lux_L
光照度(Lux)数据
21
22
MCU_TEMP_H
MCU_TEMP_L
MCU 温度数据
23
24
dB_H
dB_L
噪声(dB)数据
25
26
27
28
Pa_byte[3]
Pa_byte[2]
Pa_byte[1]
Pa_byte[0]
 气压数据(Pa)
29
30
CRC16_L
CRC16_H
CRC16 校验

6)     系统参数配置

7)     可以通过对下表寄存器地址的读、写,以获取或修改系统参数。

8)     注意: 此项为高级功能, 请小心使用, 以免造成系统参数错误, 影响传感器功能或数据准确性。

寄存器地址长度(字节)系统参数
0x01004传感器配置位图(Sensor Map)
0x01102字节 1(在前):是否为外置温湿度传感器
字节 2:传感器数据用户校准位图,参见“传感 器模块位图 ”
0x01112字节 1(在前):专用串口屏自定义指标项对应的传感器编号
字节 2:光照度传感器感光罩的透光率(0- 100), 0 表示没有感光罩, 100 表示无损耗
0x01182CO2 校准值, int16
0x01192TVOC 校准值, int16
0x011A2CH2O 校准值, int16
0x011B2PM2.5 校准值, int16
0x011C2湿度校准值(100 倍), int16
0x011D2温度校准值(100 倍), int16
0x011E2PM10 校准值, int16
0x011F2PM1.0 校准值, int16
0x01202光照度(Lux)校准值, int16
0x01212MCU 温度校准值, int16
0x01222噪声(dB)校准值, int16
0x01232大气压校准值, int16

注意:

1.所有用户校准值都是有符号整数,负数表示负偏移,既要减去偏移量;

2.温/湿度用户校准值是按摄氏度放大 100 倍,如: 250 表示需要加 2.5 摄氏度; -110 表示需要 减去 1.1 摄氏度。

例如: 模组的地址为 0x01,

用户发送: 01 03 01 10 00 01 84 33     ,读出外置温湿度传感器标记和传感器数据用户校准位图; 用户发送: 01 06 01 10 00 02 04 0D     ,打开温湿度用户校准开关;

用户发送: 01 03 01 1D 00 01 15 F0      ,读出温湿度校准值;

用户发送: 01 06 01 1D 00 FA 98 73     ,设置温度用户校准值 250,既+2.5 度; 用户发送: 01 06 01 1D 80 6E F8 1C     ,设置温度用户校准值-110,既-1.1 度。

4.3     电脑读取 RS485 数据

通过“485  转串口”适配器,可以将传感器模组连接到电脑以检测通讯和查看数据。电脑端可以使 用 ModBus 测试工具(如: ShortBus Modbus Scanner,效果见下图)直接读取数据;也可以使用“串 口助手”等标准串口工具,通过发送查询消息获取数据。

V. 各种传感器数据计算方式

. CO2  (ppm)   = CO2_H * 256 + CO2_L

. TVOC (ug/m3)   = TVOC_H * 256 + TVOC_L

. CH2O (ug/m3)   = CH2O_H * 256 + CH2O_L

. PM2.5 (ug/m3)   = PM2.5_H * 256 + PM2.5_L

. PM10 (ug/m3)   = PM10_H * 256 + PM10_L

. PM1.0 (ug/m3)   = PM01_H * 256 + PM01_L

. 照度 (Lux)   = Lux_H * 256 + Lux_L

. 噪声 (dB)   = dB_H * 256 + dB_L

. 接口返回的温、湿度(真实数据的 100 倍):

. 正温度 (℃) = (Temperature_H * 256 + Temperature_L) / 100, 例如: T = (0x09d0) / 10 = 2512 / 100 = 25.12℃

.  负温度 (℃)

方法 1:直接转为有符号的 int  类型即可,例如: T = 0xfc83/10 = -893/100 = -8.93℃

方法 2:如果大于 0x7fff(32767)

则为负数 T = (0xfc83 – 65536) / 10 = (64643 – 65536) / 10 = -893 / 100 = -8.93℃

. 湿度 (%RH)   = (Humidity_H * 256 + Humidity_L) / 100

. 气压 (Pa)   = Pa_byte[3] * 224 + Pa_byte[2] * 216 + Pa_byte[1] * 28 + Pa_byte[0]

. 根据气压计算海拔高度

气压单位是 Pa,理论上,海拔每上升 9 米,大气压降低 100 Pa。而海平面标准大气压为 101,325 Pa, 因此,可以用下面的公式根据气压值(Pa)计算海拔高度(Altitude)的近似值:

1 、 简化版海拔高度公式 = (101325 – Pa) / 100 * 9

除了海拔高度, 影响气压的因素还有很多(例如温度),下面的公式相对更精确一些, 特别是在高海 拔位置:

2 、 校准版海拔高度公式 = 44330 * (1 – (Pa/101325)0.1903)

例如:如果测得的气压值为 99,882Pa,则两个公式计算得到的海拔高度(Altitude)分别为:

. 简化版海拔高度 = (101325 – 99882) / 100 * 9 = 129.8 米

. 校准版海拔高度 = 44330 * (1 – (99882/101325)0.1903) = 120.84 米

VI.注意事项

. 初次上电使用需预热 3 分钟以上

. 传感器安装位置应高于地面 15~20CM 以上, 否则可能有地面沙尘, 飘絮物等大尘埃颗粒甚至絮 状物污染导致风扇缠绕阻转,建议使用设备采取适当的预过滤处理。

. 本产品为精密仪器, 请不要打开外壳, 正常操作无需了解设备内部情况。如设备有损坏, 必须 由专业人员检修和维修,在检修和维修之前请确认外部连接电源已切断。。

. 传感器数据确保出厂个体之间的一致性, 不以第三方检测仪器或数据作为对比标准。如用户希 望最终测量结果和某第三方检测设备一致,可由用户根据实际采集结果进行数据拟合校准。

. 本传感器适用于普通室内环境,如用户设备在以下实际环境中使用,传感器有可能因过度积 尘、积油、进水导致数据一致性下降。例如:全年尘埃浓度大于 300 微克/立方米时间超过  50% ,或大于 500 微克/立方米时间超过 20%;油烟环境;高水雾环境;户外等。

VII.      传感器模块位图

传感器模块
0x01光照度
0x02温湿度气压
0x04粉尘
0x08空气质量
0x10噪声

VIII. CRC 校验计算方法

CRC 代码和示例可参考: https://github.com/sunbaoshi1975/CRCTool

函数功能: CRC 校验函数,生成 CRC

参数说明:pushMsg:需要校验的数组集

usDataLen :需要校验数据的长度

返回参数: CRC  为 unsigned int16  类型,高位字节为高位在前、低位在后

/*CRC verify high position*/ 
const unsigned char auchCRCHi[] = { 
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,
0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 
0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 
0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 
0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 
0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 
0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 
0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 
0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40 }; 
/* CRC verify low position*/ 
const unsigned char auchCRCLo[] = { 
0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 
0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 
0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 
0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 
0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 
0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 
0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 
0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 
0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 
0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 
0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 
0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 
0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 
0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 
0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 
0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 
0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40 }; 
/*CRC check*/ 
uint16_t CRC16_Check(const uint8_t *pushMsg, uint8_t usDataLen)
{
 uint8_t uchCRCHi = 0xff;//high CRC init
 uint8_t uchCRCLo = 0xff;//low CRC init
 uint8_t uIndex; //CRC index in loop
while(usDataLen--) {
uIndex = uchCRCLo^ *pushMsg++;//cal CRC 
uchCRCLo = uchCRCHi^ auchCRCHi[uIndex]; 
uchCRCHi = auchCRCLo[uIndex]; 
} 
return((uint16_t)uchCRCHi << 8 | uchCRCLo); 
}

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