DIY一個(gè)開(kāi)源的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀

大家好！今天我想和大家分享我的新DIY項(xiàng)目。它是一個(gè)開(kāi)源的空氣質(zhì)量傳感器。

該項(xiàng)目使用了Sensorion的新產(chǎn)品-TVOC傳感器SGP40。同時(shí)使用了2.13英寸電子墨水顯示屏。由于我們現(xiàn)在待在家里的時(shí)間更多，因此我制作了這個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀。

除了評(píng)估空氣質(zhì)量外，傳感器還可以估計(jì)室內(nèi)光線水平、溫度、濕度和大氣壓力，根據(jù)大氣壓力數(shù)據(jù)，設(shè)備可以預(yù)測(cè)天氣預(yù)報(bào)。

該傳感器適用于nRF52微控制器，已經(jīng)為來(lái)自不同制造商的nRF52無(wú)線電模塊開(kāi)發(fā)了4個(gè)版本的pcb。一個(gè)主要版本和三個(gè)更多擴(kuò)展版本（解釋將在文本稍后部分）。

項(xiàng)目中使用的無(wú)線電模塊型號(hào)：主MINEWMS88SF3（nRF52833、nRF52840）、附加：MINEWMS50SFA1（nRF52810、nRF52811）、MINEWMS50SFA2（nRF52832）、EBYTEE73-28RFC3040

傳感器室使用的傳感器（nRF52833、nRF52840）用于VOC測(cè)量的空氣質(zhì)量傳感器-SGP40，壓力、溫度和濕度傳感器-BME280，照度傳感器MAX44009。

稍后，由于電子元件的生產(chǎn)出現(xiàn)問(wèn)題以及許多元件的價(jià)格上漲令人難以置信，項(xiàng)目中增加了BMP280和SHTC3傳感器，它們?cè)诠δ苌峡梢蕴娲鶥ME280傳感器。為此，對(duì)電路板進(jìn)行了三個(gè)額外的修改，還增加了對(duì)附加無(wú)線電模塊的支持，增加了極性反轉(zhuǎn)保護(hù)，并改進(jìn)了電路板的設(shè)計(jì)。

該設(shè)備可以在屏幕上顯示數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/663/" target="_blank">智能家居系統(tǒng)，它也可以在“離線”模式下工作。

為了顯示信息，使用了WaveShare的超低功耗2.13英寸電子墨水顯示屏。

顯示特性：

分辨率：250x122

工作溫度范圍：0-50C

運(yùn)行消耗：3mA

深度睡眠消耗：1μA

最小屏幕刷新時(shí)間：0.3秒。

后面我計(jì)劃將該項(xiàng)目增加對(duì)工作溫度為-20C~60C的DESe-Ink2.13顯示器的支持。

PCB傳感器的基本版本：

附加版本：

之前我寫(xiě)過(guò)這個(gè)項(xiàng)目中的主要傳感器是SGP40室內(nèi)空氣質(zhì)量傳感器?？梢哉f(shuō)這是Sensorion公司在市場(chǎng)上推出的一款具有非常好的特性的新品。

傳感器測(cè)量總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）濃度。與該公司以前的SGP30傳感器相比，功耗顯著降低，使用SGP30測(cè)量時(shí)為48mA，使用SGP40測(cè)量時(shí)為2.6mA。誠(chéng)然，以前的傳感器可以提供VOC和CO2等價(jià)物的現(xiàn)成值，而新產(chǎn)品提供的原始數(shù)據(jù)必須在MK端使用傳感器隨附的庫(kù)和空氣質(zhì)量計(jì)算算法進(jìn)行進(jìn)一步處理。SGP40傳感器數(shù)據(jù)表。

我不得不修改Adafruit_SGP40庫(kù)，以在超低設(shè)備功耗模式下使用小電池運(yùn)行。添加了傳感器加熱器的工作，接收、保存、卸載傳感器快速啟動(dòng)算法的當(dāng)前狀態(tài)，例如，更換電池后，繞過(guò)學(xué)習(xí)模式。出于某種原因，沒(méi)有人對(duì)這些時(shí)刻感到困惑，我找不到支持傳感器所有功能的現(xiàn)成庫(kù)。修改后的庫(kù)在我的GitHub上。也許這是因?yàn)镾GP40是一個(gè)相當(dāng)新的產(chǎn)品。

設(shè)備圖：

從傳感器到智能家居系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸基于MySENSORS開(kāi)源家庭自動(dòng)化項(xiàng)目。

我將簡(jiǎn)要描述傳感器的功能。開(kāi)啟時(shí)，設(shè)備嘗試尋找網(wǎng)絡(luò)，如果未找到網(wǎng)絡(luò)，則設(shè)備進(jìn)入主操作模式，不工作在網(wǎng)絡(luò)上（不發(fā)送數(shù)據(jù)），但會(huì)定期對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短搜索請(qǐng)求（~每2小時(shí)一次）。SGP40傳感器的輪詢間隔為3秒，每1分鐘進(jìn)行一次剩余傳感器的讀取、數(shù)據(jù)的發(fā)送和屏幕刷新（在主模式下）。當(dāng)空氣質(zhì)量水平（TVOC）數(shù)據(jù)變化10個(gè)單位、溫度變化0.5C、濕度變化5%、壓力變化1個(gè)單位時(shí)，當(dāng)光照變化10勒克斯時(shí)，刷新屏幕并發(fā)送數(shù)據(jù)（如果網(wǎng)絡(luò)可用）以及更改天氣預(yù)報(bào)時(shí)。

還有一個(gè)額外的子程序，用于在TVOC水平急劇上升30個(gè)單位時(shí)更新屏幕和發(fā)送數(shù)據(jù)，檢查間隔為每6秒。

設(shè)備第一次開(kāi)機(jī)時(shí)，進(jìn)行空氣質(zhì)量計(jì)算算法的訓(xùn)練周期；在我的實(shí)施中，最長(zhǎng)培訓(xùn)時(shí)間為12小時(shí)。學(xué)習(xí)后，傳感器開(kāi)始將算法的當(dāng)前狀態(tài)以四小時(shí)的間隔保存在MC的內(nèi)存中。設(shè)備重啟時(shí)，設(shè)備關(guān)機(jī)后恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，更換電池時(shí)，檢查算法狀態(tài)記錄是否存在，如果有，則卸載這些數(shù)據(jù)，設(shè)備跳過(guò)12小時(shí)的學(xué)習(xí)期。

該設(shè)備有一個(gè)“菜單”按鈕。“菜單”按鈕的可用功能：1.屏幕反轉(zhuǎn)，2.發(fā)送演示，3.進(jìn)入配置模式（通過(guò)無(wú)線電接收外部命令，4.搜索網(wǎng)絡(luò)，5.重置設(shè)備。

此外，除了“菜單”按鈕外，傳感器還可以通過(guò)來(lái)自智能家居系統(tǒng)界面的外部命令進(jìn)行配置。為此，通過(guò)按“菜單”按鈕激活所需的菜單項(xiàng)“傳感器配置”。激活配置模式后，傳感器將進(jìn)入監(jiān)聽(tīng)模式20秒。命令必須在此時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)送。外部命令可以設(shè)置電池檢查間隔，改變屏幕信息顯示的反轉(zhuǎn)，選擇操作模式：LP（每3秒讀取一次SGP40傳感器）或ULP（每5秒讀取一次SGP40傳感器）。

傳感器可以分析大氣壓力數(shù)據(jù)并根據(jù)它計(jì)算天氣預(yù)報(bào)，將天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，并將這些值發(fā)送到智能家居系統(tǒng)。天氣預(yù)報(bào)計(jì)算算法說(shuō)明-（NXPApplicationNote3914|JohnB.Young）

值變化方向的指示出現(xiàn)在屏幕上每種類型的數(shù)據(jù)旁邊。

編譯需要的軟件版本，需要配置aConfig.h文件。

傳感器在休眠模式下的平均功耗為33μA（參見(jiàn)SGP40上的數(shù)據(jù)表），在傳感器讀數(shù)和屏幕刷新模式下為4mA（平均），在數(shù)據(jù)傳輸模式下為8mA（平均），一條消息的傳輸時(shí)間為10ms（理想情況下）狀況）。傳感器使用CR2477電池（950mA）工作，設(shè)備的平均估計(jì)運(yùn)行時(shí)間為1年（取決于固件配置，設(shè)備上安裝的傳感器，更多的傳感器將需要發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，空中傳輸是主要消費(fèi)者）。

我在FDM3D打印機(jī)上打印了開(kāi)發(fā)的傳感器外殼的模型，以實(shí)現(xiàn)或多或少的體面外觀，在打印出車身拋光后。磁鐵可以安裝在外殼內(nèi)。

項(xiàng)目的GitHub

自述文件包含安裝和配置環(huán)境以編輯和編譯傳感器軟件的說(shuō)明。

開(kāi)源硬件認(rèn)證

OSHWAUID：RU000004