基于 Raspberry Pi Pico 2 C/C++ SDK 的 SGP30 空气质量监测器

采用设备

主控：Raspberry Pi Pico 2 (RP2350)

传感器：SGP30（I2C 地址 0x58），检测 eCO₂ 和 TVOC

显示屏：SSD1306 128×64 I2C OLED（地址 0x3C）

接线方式：

两设备均使用 3.3V 供电，共地

程序

一、SGP30 驱动库结构（sgp30.h + sgp30.c）

这两个文件是我从 STM32 的 HAL 库 和 Arduino UNO 的 Adafruit_SGP30 库 移植到 Pico SDK 上的。核心改动是把硬件 I2C 换成了软件模拟，并保留了所有官方命令和 CRC 校验。

头文件 sgp30.h 重点

// 可自定义引脚（默认 GPIO4/5） #define SGP30_SDA_PIN 4 #define SGP30_SCL_PIN 5 // 所有 SGP30 命令码 #define SGP30_CMD_INIT_AIR_QUALITY 0x2003 #define SGP30_CMD_MEASURE_AIR_QUALITY 0x2008 #define SGP30_CMD_SET_HUMIDITY 0x2061 // ... // 数据结构 typedef struct { uint16_t co2; // eCO₂ (ppm) uint16_t tvoc; // TVOC (ppb) uint8_t crc_ok; // 两段 CRC 是否全部通过 } sgp30_data_t; // 公开 API void SGP30_Init(void); uint8_t SGP30_Write(uint8_t cmd_high, uint8_t cmd_low); uint8_t SGP30_Read(sgp30_data_t *data); uint8_t SGP30_SetHumidity(uint16_t abs_humidity); uint8_t SGP30_GetBaseline(uint16_t *eco2, uint16_t *tvoc); uint8_t SGP30_SetBaseline(uint16_t eco2, uint16_t tvoc); uint8_t SGP30_SoftReset(void); uint8_t SGP30_MeasureTest(uint16_t *result); uint8_t SGP30_GetFeatureSet(uint16_t *version); uint8_t SGP30_MeasureRaw(uint16_t *ethanol, uint16_t *h2); uint8_t SGP30_CRC8(const uint8_t *data, uint8_t len);

实现文件 sgp30.c 核心 – 软件 I2C

// 起始条件 static void i2c_start(void) { SDA_HIGH(); SCL_HIGH(); DELAY_US(); SDA_LOW(); DELAY_US(); SCL_LOW(); DELAY_US(); } // 写一个字节 + 等待 ACK static void i2c_write_byte(uint8_t data) { for (int i = 0; i < 8; i++) { (data & 0x80) ? SDA_HIGH() : SDA_LOW(); data <<= 1; DELAY_US(); SCL_HIGH(); DELAY_US(); SCL_LOW(); DELAY_US(); } } // 读一个字节，可选择回复 ACK 或 NACK static uint8_t i2c_read_byte(uint8_t send_ack) { ... }

CRC‑8 校验完全按照 SGP30 数据手册实现（多项式 0x31，初始值 0xFF）：

uint8_t SGP30_CRC8(const uint8_t *data, uint8_t len) { uint8_t crc = 0xFF; for (uint8_t i = 0; i < len; i++) { crc ^= data[i]; for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) crc = (crc & 0x80) ? (crc << 1) ^ 0x31 : (crc << 1); } return crc; }

二、主程序结构与功能（pico-sgp30.c）

程序结构

main() ├── stdio_init_all() // USB 串口调试输出 ├── ssd1306_init() // 硬件 I2C 初始化 OLED │ ├── i2c_init(i2c0, 400kHz) │ ├── 发送 OLED 初始化命令序列 │ └── 清屏 + 显示标题 "SGP30 Sensor" ├── SGP30_Init() // 软件 I2C 初始化 SGP30 │ └── 发送 init_air_quality 命令 └── while(1): ├── 发送 measure_air_quality 命令 ├── 读取 6 字节 + CRC 校验 ├── 【预热阶段】(前 15 秒，CO₂=400, TVOC=0) │ ├── OLED 显示倒计时 │ └── 串口打印剩余秒数 └── 【正常运行】 ├── OLED 显示 eCO₂ (ppm) + TVOC (ppb) ├── 若 CRC 错误则额外显示 "CRC FAIL!" ├── 串口打印数据 └── sleep 2 秒

OLED 显示布局（128×64，8 个 page）

关键代码片段 – 预热检测

SGP30 传感器上电后前 15 秒会强制输出 CO₂=400 ppm、TVOC=0 ppb。主程序利用这一特性：

if (!warmed_up && (now - start_ms) < 15000 && data.co2 == 400 && data.tvoc == 0) { uint32_t elapsed = (now - start_ms) / 1000; snprintf(buf, sizeof(buf), "Warm-up %lus... ", 15 - elapsed); ssd1306_draw_string(2, 0, buf); printf("Warming up... %lu s remaining\n", 15 - elapsed); sleep_ms(1000); continue; }

编译与烧录

1. 前置工具

Raspberry Pi Pico C/C++ SDK​https://github.com/raspberrypi/pico-sdk

ARM GCC 交叉编译器 (arm-none-eabi-gcc)

CMake (≥ 3.13) + Ninja

2. 构建命令

git clone https://github.com/jasonobama/pico-sgp30.git cd pico-sgp30 export PICO_SDK_PATH=/path/to/pico-sdk # 设置 SDK 路径 cmake -B build -G Ninja . cmake --build build

3. 烧录到 Pico 2

• 按住 BOOTSEL 键，插入 USB

• 将 pico-sgp30.uf2 拖入弹出的 RPI-RP2 盘符

• 程序自动运行，OLED 点亮

源码

Raspberry Pi Pico C/C++ SDK​https://github.com/Jasonobama/pico-sgp30.git