大家好！今天我想和大家分享我的新DIY項(xiàng)目。它是一個開源的空氣質(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)在待在家里的時間更多，因此我制作了這個空氣質(zhì)量監(jiān)測儀。

除了評估空氣質(zhì)量外，傳感器還可以估計室內(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)測天氣預(yù)報。

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

項(xiàng)目中使用的無線電模塊型號：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)問題以及許多元件的價格上漲令人難以置信，項(xiàng)目中增加了BMP280和SHTC3傳感器，它們在功能上可以替代BME280傳感器。為此，對電路板進(jìn)行了三個額外的修改，還增加了對附加無線電模塊的支持，增加了極性反轉(zhuǎn)保護(hù)，并改進(jìn)了電路板的設(shè)計。

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://www.xsypw.cn/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

最小屏幕刷新時間：0.3秒。

后面我計劃將該項(xiàng)目增加對工作溫度為-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：

之前我寫過這個項(xiàng)目中的主要傳感器是SGP40室內(nèi)空氣質(zhì)量傳感器。可以說這是Sensorion公司在市場上推出的一款具有非常好的特性的新品。

傳感器測量總揮發(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測量時為48mA，使用SGP40測量時為2.6mA。誠然，以前的傳感器可以提供VOC和CO2等價物的現(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和空氣質(zhì)量計算算法進(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，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算法的當(dāng)前狀態(tài)，例如，更換電池后，繞過學(xué)習(xí)模式。出于某種原因，沒有人對這些時刻感到困惑，我找不到支持傳感器所有功能的現(xiàn)成庫。修改后的庫在我的GitHub上。也許這是因?yàn)镾GP40是一個相當(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開源家庭自動化項(xiàng)目。

我將簡要描述傳感器的功能。開啟時，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)），但會定期對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短搜索請求（~每2小時一次）。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個單位、溫度變化0.5C、濕度變化5%、壓力變化1個單位時，當(dāng)光照變化10勒克斯時，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)報時。

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

設(shè)備第一次開機(jī)時，進(jìn)行空氣質(zhì)量計算算法的訓(xùn)練周期；在我的實(shí)施中，最長培訓(xùn)時間為12小時。學(xué)習(xí)后，傳感器開始將算法的當(dāng)前狀態(tài)以四小時的間隔保存在MC的內(nèi)存中。設(shè)備重啟時，設(shè)備關(guān)機(jī)后恢復(fù)運(yùn)行時，更換電池時，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12小時的學(xué)習(xí)期。

該設(shè)備有一個“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（通過無線電接收外部命令，4.搜索網(wǎng)絡(luò)，5.重置設(shè)備。

此外，除了“菜單”按鈕外，傳感器還可以通過來自智能家居系統(tǒng)界面的外部命令進(jìn)行配置。為此，通過按“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)聽模式20秒。命令必須在此時間間隔內(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)它計算天氣預(yù)報，將天氣預(yù)報數(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)報計算算法說明-（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)備的平均估計運(yùn)行時間為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明。

開源硬件認(rèn)證

OSHWAUID：RU000004