FastBond2阶段1基于esp32s3制作的头戴式远程危险环境监视器设计

一、前言

关于环境传感器的介绍

普通生活条件下，我们能接触到的环境传感器主要有环境传感器包括：[土壤温度传感器]、空气温湿度传感器、[蒸发传感器](、[雨量传感器]、[光照传感器]、[风速风向传感器]等，不仅能够精确的测量相关环境信息，还可以和上位机实现联网，最大限度满足用户对被测物数据的测试、记录和存储。

但是在危险环境中，我们需要的传感器就不同于我们的生活需要，其变现为专业化，功能单一化，特定化（工作温湿度），强度高，耐用性高：如火焰传感器，粉尘传感器，一氧化碳传感器，硫化氢传感器等，所以制作危险环境的监控设备，思路不同于正常生活。但是由于科技学技术的发展，我们应当互相借鉴设计思路，吸收不同行业的设计经验。

二、项目介绍和设计思路：

1.项目介绍：本项目是尝试使用乐鑫（espressif）ESP32S3的一款集成开发板：ESP32-S3-EYE
，两块开发板（主板和副板，主板在使用者头盔或手腕处显示，副板在危险环境中受控检测）通过无线技术（如esp now等）相互连接交换数据，再由副板通过IIC读取BME688环境传感器采集到的信号传输到主板上。

2.设计思路：根据实际需求，我们可能在实际使用中可能会增强电路板的外围设计，如防震抗暴的能力。

三、设计方向的市场介绍： 

传统行业里面的环境监控，往往体积巨大，UI界面不友好，甚至没有UI，难以让现场指挥和工作人员掌握具体情况，所以借助目前ESP32S3的强大性能，我们可以随时监控现场状况，并且发送数据，并且整理有效数据，做出及时有效的判断。

我们采用的开发板（ESP32-S3-EYE）负责信号采集并且进行简单整理，可视化出来，并且灵巧便捷。在危险情况下，极大减轻人员负担。

四、设计框图和基本电路介绍

计流程图与原理图初步设计均由Scheme-it网页绘制，分享链接如下：

https://www.digikey.com/en/schemeit/project/环境监测头盔-eed0e9ce37a8469d92acf7e5c8e20523

流程示意图如下：

根据框图可知，BME688传感器首先接收来自危险场所的环境数据（如一氧化碳和硫化氢的浓度）。并且直接把模拟量转化为数字数据。 然后通过IIC协议传给副板（下）进行数据比较。 如有特殊数据标记出来，然后通过ESP-NOW协议把实时数据上传给主板（上），经过上述数据加工得到的结果通过主板（上）的液晶显示屏显示相关数据，并根据现场人员的具体判断，如有需要可连接视频功能，观察具体现场情况，并进一步指挥处理。

五、设计使用器件介绍

元器件方面使用了，FastBond活动中要求的一家厂商中的乐鑫公司的[ESP32-S3-EYE](https://github.com/espressif/esp-who/blob/master/docs/en/get-started/ESP32-S3-EYE_Getting_Started_Guide.md)开发板（主控芯片ESP32S3），其余还有一些辅助器件，之后都将详细介绍。

1.微控制单元ESP32S3

![[esp32s3wroom1.png]]
2.4 GHz Wi-Fi (802.11 b/g/n) + Bluetooth® 5 (LE) 模组 内置 ESP32-S3 系列芯片，Xtensa® 双核 32 位 LX7 处理器 Flash 最大可选 16 MB，PSRAM 最大可选 8 MB 36 个 GPIO，丰富的外设 板载 PCB 天线或外部天线连接器

主要技术参数特征：
CPU 和片上存储器 
• 内置 ESP32-S3 系列芯片，Xtensa® 双核 32 位 LX7 微处理器 (支持单精度浮点运算单元)，支持 高达 240 MHz 的时钟频率 
• 384 KB ROM • 512 KB SRAM
• 16 KB RTC SRAM
• 最大 8 MB PSRAM
2.ESP32-S3-EYE开发板

ESP32-S3-EYE 是一款小型人工智能开发板，搭载 ESP32-S3 芯片和乐鑫 AI 开发框架 ESP-WHO。开发板配置一个 2 百万像素的摄像头、一个 LCD 显示屏和一个麦克风，适用于图像识别和音频处理等应用。板上还配有 8 MB 八线 PSRAM 和 8 MB flash，具有充足的存储空间。此外，开发板上的 ESP32-S3 芯片还提供了 Wi-Fi 图传和 USB 端口调试等功能。

3.Bosch BME688 AI气体传感器
Bosch   BME688 AI气体传感器具有1.2V至3.6V电源电压范围，3mm ×3mm ×0.93mm封装尺寸。  该传感器具有集成的高线性度和高精度压力、湿度和温度传感器。BME688气体传感器可以在十亿分之一 (ppb) 范围内检测挥发性有机化合物 (VOC) 和其他气体，如氢气和一氧化碳。BoschBME688 AI气体传感器非常适用于尺寸和低功耗是关键要求的移动和连接应用。

3.锂离子电池
防爆加固设计
六、总结

以上便是我对本次项目的全部介绍，在过程中我查阅了大量的资料，对环境传感器设计这一方面有了更深入的了解。因为是第一次参与这种活动，难免经验不足。所以如果出现了一些错误，也请各位指正，本人将在今后学习补足。最后感谢阅读。