前言

新家打算做个骚一点的全屋智能，打算全部尽量自己手搓。由于距离开始装修还有挺长一段时间，手有点痒，再加上之前买的青萍的空气检测仪开不了机了，于是决定自己动手做一个可以检测多种空气指标的检测仪。

先来成品图~(没错，这玩意其实4月份就做出来了，博客愣是被我拖了大半年hhh)

需求整理

首先，要有一个大屏幕，用来显示以下数据：

1. 温度
2. 湿度
3. 二氧化碳
4. tVOC
5. 综合污染指数
6. 光照强度
7. 日期和时间

传感器塞到本体里面，可能的尽量控制以下体积，不过考虑到我买的传感器都是一些模块，模块和主板之间会有很多杜邦线连接，体积估计小不到哪去。。

本来打算弄个甲醛传感器的，到淘宝搜了一波发现好像都有点太贵了，就买了SGP30二氧化碳和tVOC传感器，MQ135综合空气质量传感器（买它纯粹是因为便宜XD），TEMT6000光照传感器，DHT22温湿度传感器

硬件

硬件选型

外壳：3D打印制作，使用502胶和螺丝连接各个部分
屏幕：淘晶驰的串口屏，选的最便宜的T1系列，4.3寸屏幕，电阻触摸（虽说最终没用上触摸功能）

主板：自己设计PCB，主控芯片为ESP32-WROOM-32，主板上的其他电路主要就是降压（AMS1117）和提供传感器的插座

温湿度传感器：DHT22，之前有个DHT11，觉得精度有点差，这次就买了DHT22，价格差距也不大

综合空气质量传感器：MQ135，便宜大碗，说是对氨气，硫化物，苯系蒸汽灵敏度高，这个我也没法查证

二氧化碳和tVOC传感器：SGP30，打算放到办公室用，有点担心室内的CO2和甲醛，就花重金买了这个传感器（tVOC浓度在一定程度上可以体现甲醛浓度）

光照传感器：TEMT6000，支持测量 1~1000 lux的光照强度

散热：机身里面塞这么多东西，并且MQ135和SGP30在工作的时候都是要发热的，肯定会影响到DHT22的测量，所以得给机器加个风扇，我用的是笔记本用的那种涡轮风扇

PCB设计和制作

在B站找了个嘉立创快速入门的课，现学现卖。可惜大学学的电路知识都已经还给老师了，只能一边做一边学了。原理图很简单，如下：

主板的功能之一是把输入的5V电压转成3.3V，给ESP32模组供电。另外各个传感器需要的输入电压也是5V和3.3V都有。

其他功能就是给各种传感器，加上屏幕和风扇提供插座了。最终成品渲染图如下：

3D打印外壳

去年双十一购入了一台3D打印机，之前只是自己在网上找些模型来打印，现在为了这个项目，终于要打印自己制作的模型了。

于是找了一波教程简单学了下Solid Works，就马上开始上手，边做边查，果然还是遇到了不少问题，其中最重要也是最频繁出现的就是零件之间的连接问题。怎么设计尺寸来适配FDM打印机的特性，才能让两个零件可以不紧不松的插接起来；我想通过螺丝来固定两个零件（比如前壳和后盖），怎么设计螺丝孔等等。

也是一边研究一边实践，还观摩了不少b站视频，最终总算是撸出来了（虽然有点丑，而且里面的传感器模块固定的不是很牢固）。

软件

主板

本着能用就行的原则，做一个调包侠，Arduino比较易于上手，开发难度较低，刚好对ESP32平台的支持也相当不错，于是就在电脑上搭建了PlatformIO+Arduino的开发环境，开搞。

前面那些元器件，如果是输出数字信号的，Arduino里面基本上都有对应的现成的库可以直接使用，对于输出模拟信号的元件，基本也就是一个电压值，使用支持ADC的引脚来进行采样就行了（后面我才知道，ESP32自带的ADC精度似乎比较差，导致测量结果的精度不够，如果之后再做类似的东西，我应该会购买额外的ADC芯片来处理模拟信号）。

另外还增加了从网络自动获取当前时间的功能，程序会定期轮询wifi连接情况，如果连接成功，则会向NTP服务器请求同步时间，客户端收到当前时间后，跟开机时间做个差，存在内存中即可断开wifi。之后每次刷新屏幕的时候，就无需依赖网络了。

整体代码比较简单，就是在主循环loop里面固定间隔刷新各个传感器的数据，然后把获取到的数据拼接成对应的字符串，通过串口发送给串口屏即可

下面是部分代码，篇幅所限省略了部分逻辑

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// 刷新DHT22的数据
#define DHT_PIN 21
#define DHT_TYPE DHT22
DHT_Unified dht(DHT_PIN, DHT_TYPE);
void refreshDHT()
{
  // 有现成的库可以直接拿来用
  sensors_event_t event;
  dht.temperature().getEvent(&event);
  if (!isnan(event.temperature))
  {
    status->temperture = event.temperature;
  }
  dht.humidity().getEvent(&event);
  if (!isnan(event.relative_humidity))
  {
    status->humidity = event.relative_humidity;
  }
}

// 刷新MQ135的数据
#define MQ135_PIN 35
void refreshMQ135()
{
  // 从指定引脚读取电压采样值，根据文档，从0.3V~4V映射到0~100的污染指数
  auto rawVolts = analogReadMilliVolts(MQ135_PIN);
  auto aq = map(rawVolts, 300, 4000, 0, 100);
  status->airQuality = aq;
}

// 刷新其他传感器...

void loop()
{
  auto now = millis();
  if (now - lastRefreshTime > REFRESH_INTERNAL)
  {
    refreshDHT();
    refreshMQ135();
    // ...
  }
}

屏幕

串口屏的功能很简单，不需要自己写驱动，上电之后自动开启，屏幕自带主控芯片，我们通过串口给它发送特定格式的指令就可以控制屏幕的显示了，我们只需要画一个UI，把图切好丢进淘晶驰的配套软件里，插上线烧写进屏幕里面就可以使用了，就像这样子

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void refreshTcj()
{
  // 发送给串口屏形如[t2.txt="26.5"]的指令，就可以更新屏幕上对应组件的显示了
  vector<string> cmdStrings;
  char buf[128];
  sprintf(buf, "t2.txt=\"%.1f\"", status->temperture);
  cmdStrings.push_back(buf);
  sprintf(buf, "t3.txt=\"%.1f\"", status->humidity);
  cmdStrings.push_back(buf);
  sprintf(buf, "t6.txt=\"%.0f\"", status->airQuality);
  cmdStrings.push_back(buf);
  // ...

  for (auto cmd : cmdStrings)
  {
    // Serial1连接到串口屏，用来和串口屏通信
    Serial1.print(cmd.c_str());
    // 发送后，还需要接着三个0xff，表示指令结束
    Serial1.print("\xff\xff\xff");
    // Serial连接到调试串口，用来打印调试信息
    Serial.println(cmd.c_str());
  }
  Serial.println("--------------------");
}

调试

之前没想到调试安装花了好久。。印象中之前从来没有用过电烙铁，这次还特地买了个练习板来练习焊接贴片元件。不过还好，最终总算是让整个机器运转起来了。不过还是遗留了几个BUG：

1. 上电之后ESP32没有工作，比如要手动按一下RST按钮才能开始运行，查阅资料猜测是因为芯片要求芯片3V3引脚上电之后至少50us再把EN引脚拉高，我估计是Reset电路那里的电容小了，换个大点的估计就行了。
2. 光照传感器显示的数据不准，有可能是因为外壳有一定厚度，挡住了部分光线。不过如果不看单位的话，显示的数据确实是可以根据环境光的明暗实时变化的，也就不管它了。
3. 运行时间超过int32之后，会溢出变成负数。。屏幕上的的时间日期会显示异常，只有重启后重新连接手机热点重新对时。
4. 断开wifi后，屏幕上的wifi图标仍然显示。这个是个小问题，影响不大。

理论上软件的bug是可以通过预留的串口插针来重新烧录程序的，不过我也懒得改了，开始折腾下一个大项目咯~

截止本文截稿，如果不算短暂的重启，这台机器连续正常运行了差不多半年了，一切正常~