在本篇文章中，我们将学习BME680集成环境传感器与Arduino开发板的连接。BME680是一种气体传感器，可测量相对湿度、气压、环境温度、气体 (VOC)和IAQ。由于压力随高度变化，BME680可用于测量近似高度。使用一些与温度和湿度有关的数学方程，我们还可以推导出露点温度（Dew Point）。所有参数均可从Arduino Adafruit BME680库中获取。

BME680是BMP180和BME280的升级版本，并附带了一些额外功能。在本文，我们将使用BME680和Arduino实现气象站。除了气象站，我们还将测量空气质量指数（Air Quality Index，IAQ）。

所需的组件

●    Arduino Nano开发板

●    BME680传感器模块

●    3.7V锂电池

●    连接线

●    面包板

BME680集成环境传感器

BME680是一款数字4合1传感器，具有基于成熟传感原理的气体、湿度、压力和温度测量功能。 BME680气体传感器可以检测多种挥发性有机化合物，用来监测室内空气质量。该传感器具有高线性度和高精度。

BME680专为对尺寸和低功耗有严格要求的移动应用和可穿戴设备而开发。BME680具有特定工作模式、优化功耗、长期稳定性和高EMC鲁棒性等特性。为了测量空气质量，BME680中的气体传感器可以检测多种气体，例如挥发性有机化合物 (VOC)。要了解有关 BME680 传感器的更多信息，您可以查看BME680数据手册。

BME680规格和特点

1.  工作电压：1.7V至3.6V

2.  工作温度范围：-40~+85℃

3.  工作湿度范围：0-100% r.H.

4.  工作压力范围：300-1100hPa

5.   室内空气质量范围：0-500 PPM

6.  接口类型：I2C（最高3.4MHZ）/ SPI（3和4线，最高10MHz）

7.  I2C地址：0x76（默认）/ 0x77（可选）

8.  待机电流：0.29 至 0.8 uA

9.  休眠电流：0.15 至 1 uA

10.  VOC检测与测量（乙烷、异戊二烯、乙醇、丙酮、一氧化碳）

BME680引脚说明

大多数BME680模块都有6个引脚，如Grove BME680、BlueDot BME680或Pimoroni。引脚的整体功能保持不变。

1.  VCC：电源引脚需要 1.7V 到 3.6V 才能工作

2.  GND：接地引脚

3.  SCL：I2C 接口的串行时钟引脚/ SPI 通信的 SCK 引脚

4.  SDA：I2C 接口的串行数据引脚/ SPI 通信的 MOSI 引脚

5.  SDO：SPI 通信的 MISO 引脚

6.  CS：SPI 接口的片选引脚

更改BME680模块的默认I2C地址

BME680模块的默认I2C地址为0x76。但是您也可以更改I2C地址，以便您可以在同一个Raspberry Pi或Arduino上使用最多的多个模块。要将I2C地址更改为0x77，只需将SDO连接到GND。

BME680作为IAQ（室内空气质量）传感器

BME680是一种基于金属氧化物的传感器，通过吸附在其敏感层上来检测VOC。BME680对大多数污染室内空气的挥发性化合物（CO2 除外）有反应。BME680能够测量周围空气中VOC污染物的总和，例如油漆、家具或垃圾中的排气、烹饪、食物消耗和呼出气或出汗导致的高VOC值。

BME680将输出电阻值作为原始信号，它会随着VOC浓度的变化而变化。还原VOCs的浓度越高，电阻越低，反之亦然。由于该原始信号受VOC浓度以外的参数（例如湿度水平）的影响，因此原始值通过BSEC内部的智能算法转换为室内空气质量 (IAQ) 指数。

IAQ范围从0（清洁空气）到500（重污染空气）。在运行过程中，算法会自动校准并使其适应传感器运行的典型环境。校准过程会考虑最近的测量历史，以确保25的IAQ对应于“典型的良好”空气，而250的IAQ表示“典型的污染”空气。

使用I2C接口将BME680与Arduino连接

BME680集成环境传感器具有I2C和SPI接口。首先，我们将学习如何使用BME680的I2C引脚将其与Arduino开发板连接。连接图如下。

BME680和Arduino之间的连接相当简单。将BME680的VCC和GND引脚分别连接到Arduino的3.3V和GND引脚。另外，将BME680的I2C引脚，即SDA和SCL引脚分别连接到Arduino的A4和A5引脚。您可以使用跳线在面包板上组装电路，如下所示。

使用SPI接口将BME680与Arduino连接

在BME680和Arduino通过I2C接口连接之后，现在介绍SPI连接。 BME680通过SPI接口与Arduino的连接图如下。

BME680和Arduino之间的SPI连接相当简单。将BME680的VCC和GND引脚分别连接到Arduino开发板的3.3V和GND引脚。同样，将BME680的SCL、SDA、SDO、CS引脚分别连接到Arduino的数字引脚13、11、12、10。您可以使用跳线在面包板上组装电路，如下所示。

适用于Arduino的Adafruit BME680库

Adafruit开发的BME680库可以测量温度、湿度、压力、海拔、露点温度和气体。该库经过简化，只需几行代码，您就可以将BME680与Arduino连接起来。

该库需要另一个库进行编译，称为Adafruit Unified Sensor。您可以从以下链接下载该库。

Adafruit Unified Sensor库和Adafruit BME680库

代码

以下是BME680通过I2C和SPI连接至Arduino的代码。 bme680 i2c.rar (831 Bytes, 下载次数: 19)

2022-4-11 16:43 上传

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bme680 spi.rar (1.32 KB, 下载次数: 11)

2022-4-11 16:43 上传

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测试结果

您可以使用上面的I2C电路或者SPI电路，然后上传相应代码。打开串口监视器。 您将看到以下结果。

串口监视器将以摄氏度显示温度，以百分比显示湿度，以 hPa 为单位的大气压力，以米为单位的高度，以摄氏度为单位的露点温度和以电阻值表示的气体。 该传感器用于获得所谓的气体电阻值（Gas Resistance），然后根据湿度和空气中气体含量读数的组合计算空气质量指数 (IAQ)。

使用Adafruit BME680的Arduino Code无法计算出室内空气质量。 因此，您需要使用其他一些库来计算空气质量指数 (IAQ)，下面将对此进行说明。

使用BSEC Arduino库计算BME680 IAQ值

BSEC fusion库已被概念化，可为BME680提供更高级别的信号处理和融合。该库从传感器API接收补偿的传感器值。它处理BME680信号以提供请求的传感器输出。

IAQ指数是湿度的函数，湿度占25%，气体浓度占75%。BSEC库支持32、16和8 位MCU平台 。不幸的是，Arduino UNO、Nano、Pro Mini 等不支持该库。该库仅支持Arduino MEGA 2560、Arduino Zero和Arduino Due等。从下面给定的链接下载库并将其与支持的Arduino板一起使用。

BME680 BSEC 库

IAQ代码

复制以下代码并将其上传到支持的Arduino中。

bme680 iaq.rar (1.09 KB, 下载次数: 11)

2022-4-11 16:51 上传

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上传代码后，串口监视器将显示以下参数，并每3秒更新一次：

1. 以毫秒为单位的时间戳

2. 以°C 为单位的原始温度

3. 以 hPa 为单位的压力

4. 原始相对湿度（%）

5. 来自气体传感器的原始数据，以欧姆为单位的电阻值

6. 室内空气质素指数

7. 室内空气质量准确度

8. 温度（°C）

9. 相对湿度（%）

10. 静态室内空气质量

11. 二氧化碳当量

12.呼吸VOC当量输出

BME680 IAQ指数的初始值为 25.00。 它会保持很长一段时间，几分钟后IAQ值才开始变化。以上就是本文的全部内容，如果有任何疑问，请随时在本帖下面回复。