FastBond2阶段1-基于ESP32的家庭环境监测

项目设计

这个项目主要应用于家庭或各种公共场合中。它根据传感器采集到的数据，通过一定的运算，将温度、湿度和空气质量显示在显示屏上，还会根据不同的数据提示不同的注意事项。

设计思路

这个项目的核心是应用了ESP32-WROOM-32 Wi-Fi 蓝牙模块，它作为整个系统的中转站与处理中心。它采用了传统的输入输出的模式，通过温度、湿度、空气质量传感器来采集数据，经过ESP32处理和运算后，再在显示屏上输出，具有较好的交互性。

设计方向的市场介绍

随着现代社会的发展，工业发展的水平越来越高，而这也不可避免地同时排放了大量污染物，影响了气候。而当代人对生活质量的要求也越来越高，因此需要一个便捷的工具来实时查看家中的环境状况，例如温度、湿度、空气质量等，方便做出相应的调整。而这个项目采用的是以显示屏的方式输出数据，具有较高的人机交互性

方案框图

根据比赛要求，这次使用得捷的Scheme-it来设计框图，非常方便！！后续要好好看看，在更多的项目上用起来！

本项目的主要框图如下，得捷网站链接如下：

https://www.digikey.cn/schemeit/project/fastbond2阶段1-基于esp32的家庭环境监测的框图设计-b41cbc2b63c74fbaabb3dc266453d460

工具介绍

Scheme-it是一款在线免费EDA（Electronic Design Automatic，电子设计自动化）工具，可以绘制电路原理图和框图。

1、免费参考设计库

比如有一个新项目涉及无人机领域，但开发者之前并没有这方面的经验。Scheme-it完全能够帮助开发者应对这一挑战。Scheme-it参考设计库（Design Starters）预存了近200个参考设计文件，包含了原理图以及元件清单。如下图，开发者可在工业大类机器人小类中，发现有“遥控飞机速度控制器”的参考设计。在参考设计电路中，可以查看每个元件的型号和属性。如果需要，还可以根据实际需求直接调整电路。此外，Scheme-it还内置物料清单管理器，方便开发者跟踪设计中使用的零件。点击BOM按钮，便能查看物料清单。并且可以直接对物料清单报价、订购。

2、绘制框图

当开发者想绘制一个采购部门的工作流程图时，Scheme-it会成为其手中最便利的工具。

Scheme-it附带超过700个通用符号的符号库。直接拖动便可以放置、布局图形。先后点击两个图形，即能实现两者之间的连接。此外，利用Scheme-it的分享功能，在完成框图/原理图绘制后，开发者可分享网页链接或者通过电子邮件与他人共享。

具体的方法是：点击分享按钮选择公开，便生成一个可共享的网页链接。开发者可以直接分享网页链接，也可以选择通过邮箱发送网页链接。当收到链接后，点击链接直接会在网页中打开该项目，此时不仅可以看到框图/原理图，也可以看到对应的物料清单。当然如果取消共享，只要在设置共享项目时选择“私有”便会取消共享。

3、绘制原理图

比如开发者想绘制一个基于Zigbee的智能家居原理图。首先通过型号和参数搜索需要的物料——Scheme-it与Digi-Key元件目录相连，可访问400+万种元件。然后拖动物料布局，先后点击两个引脚即能实现之间的连线。

可能用到的元器件介绍

1、ESP32-WROOM-32 Wi-Fi 蓝牙模块

ESP32-WROOM-32 是一款功能强大的通用 Wi-Fi +BT +BLE MCU 模块，适用于从低功耗传感器网络到最苛刻任务的各种应用，如语音编码、音乐流媒体和 MP3 解码。

该模块的核心是 ESP32-D0WDQ6 芯片。嵌入式芯片设计为可扩展，适应性强。有两个 CPU 内核可以单独控制，CPU 时钟频率可在 80 MHz 到 240 MHz 之间调节。用户还可以关闭 CPU 并利用低功耗协处理器来持续监视外围设备的变化或阈值跨越。ESP32 集成了丰富的外设，包括电容式触摸传感器、霍尔传感器、SD 卡接口、以太网、高速 SPI、UART、I²S 和 I²C。

蓝牙、低功耗蓝牙和 Wi-Fi 的集成带来了功能齐备的模块，并确保了广泛的适应性。使用 Wi-Fi 可以通过 Wi-Fi 路由器实现大范围的物理范围和直接连接到互联网，而使用蓝牙可以让用户方便地连接到手机或广播低功耗信标以进行检测。ESP32 芯片的休眠电流小于 5μA，因此适用于电池供电和可穿戴电子应用。该模块支持高达 150 Mbps 的数据速率和天线的 20 dBm 输出功率，以确保最宽的物理范围。因此，该模块提供业界领先的规格和电子集成、范围、功耗和连接的最佳性能。

为 ESP32 选择的操作系统是带有 LwIP 的 freeRTOS；同时内置硬件加速的 TLS 1.2。还支持安全（加密）无线 (OTA) 升级，因此用户即使在发布后也能以最低的成本和精力升级其产品。

2、LTC2996具警报输出的温度传感器

LTC2996 是一款高准确度温度传感器，具有可调过温和欠温门限以及漏极开路警报输出。该器件可将一个外部二极管传感器的温度或其自身芯片的温度转换为一个模拟输出电压，并抑制由于噪声和串联电阻引起的误差。将测量的温度与采用阻性分压器设定的上限和下限进行比较。如果超过门限，则器件将通过把对应的漏极开路逻辑输出拉至低电平以传送一个警报信号。

LTC2996 可采用普遍使用的 NPN 或 PNP 晶体管或者新式数字器件内置的温度二极管提供 ±1℃ 的准确温度结果。一个 1.8V 基准输出简化了门限设置，并可用作一个 ADC 基准输入。

LTC2996 采用紧凑型 3mm x 3mm DFN 封装，为温度监视提供了一款准确和低功率的解决方案。

3、CN0395适用于室内空气质量监测的挥发性有机化合物检测器

传感器由加热电阻和检测电阻组成。当加热检测电阻时，其值随不同气体的浓度而改变。

该电路利用12位电流输出数模转换器(DAC)来精密控制加热器电流，灵活的软件允许加热器采用如下四种工作模式中的一种：恒流、恒压、恒阻和恒温。

通过软件可选的五种范围电阻分压器，该电路能够测量广泛的检测电阻值。电路板还包含温度和湿度传感器，用于补偿气体浓度值。

4、Innovative Sensor Technology P14-W系列容 性传感器

传感器的典型电容较大为150 pF ± 50 pF(30% RH时)。该共模 电容不影响相对湿度读数，但需要特殊电路才能与电容数 字转换器实现接口。

5.EA LED55X31-W

高对比度液晶超扭显示

可选不同颜色的led背光单元

1x8, 2x16和3x16与12.0毫米/ 5.6毫米和3.6毫米字符高度

st7036控制器为4位，8位和spi(4线)接口

电源+3.3V或+5V单电源(通常250µA)

不需要额外的电压

工作温度范围-20至+70°c

LED背光3至80mA@3.3V或2至40mA@5v

心得体会

参加how2make大赛并成功设计家庭环境检测系统，是我大一生活中一次难忘的经历。通过这次比赛，我获得了许多宝贵的心得体会。我深刻体会到了耐心和毅力的重要性。设计过程中，我们遇到了许多技术难题和困扰。然而，我们没有放弃，而是坚持不懈地尝试和寻找解决方法。最终，我们成功地克服了困难，完成了设计。这个过程让我明白，只有具备耐心和毅力，才能在面对挑战时坚持不懈，取得成功。此外，这次比赛也让我意识到自己的不足之处。通过与其他参赛者的交流和学习，我看到了他们的创新思维和优秀设计。这激励着我要不断学习和提高自己的技术能力，追求更高的目标。最后，希望这项大赛越办越好！