基于纳芯微传感器芯片DIY设计

内容介绍

1、任务介绍

本项目设计实现了一个基于RP2040微控制器的多通道高精度传感器数据采集与显示系统。核心目标是独立完成从传感器信号调理PCB的设计焊接，到嵌入式数据采集逻辑，再到TFT屏幕开发的整个开发流程。

2、器件与基本功能

温度监测：使用 NST461-DQNR 温度传感器，监测环境或设备的温度变化。

表压测量：使用 NSPGD1M006DT04 表压传感器，测量相对于大气压的压力，适用于气压、风压等场景。

绝压测量：使用 NSPAD1N200DR04 绝压传感器，测量相对于真空的绝对压力，可用于海拔高度或密封系统压力监测。

RP2040带屏十二指神探功能实现

1. 多传感器数据采集（D2/D3 I2C通信）

功能目标：通过 I2C接口（SCL/SDA）采集温度传感器、压片传感器、绝压传感器的数据，并在OLED屏幕上实时显示。

硬件配置：

信号连接：

十二指神探的 D2（SCL）和 D3（SDA）分别连接至传感器的SCL 和 SDA。

传感器PCB需预留 4.7kΩ上拉电阻连接至VCC，确保I2C信号稳定。

PCB设计要点：

布局优化：

传感器尽量靠近I2C引脚，减少信号干扰。

避免长距离平行走线，必要时添加磁珠或滤波电容。

焊接验证：

使用万用表检查传感器引脚是否短路或虚焊。

测量电源部分的小电容就可以验证是否有短路。

通过I2C扫描确认传感器地址是否被识别。

2. 数据采集与显示

功能实现步骤：

初始化I2C外设：

配置RP2040的I2C模块，配置时钟频率,配置IO20,IO21。

传感器数据读取：

温度传感器：读取寄存器数据，转换为实际温度值（单位：℃）。

压片传感器：根据协议读取压力值（单位：kPa）。

绝压传感器：读取寄存器数据并转换为绝对压力值（单位：hPa）。

OLED显示：

使用SSD1306驱动库初始化分辨率OLED屏幕。

在屏幕上分区域显示温度、压片压力和绝压数据，定期进行刷新。

3、原理图

1、表压传感器 NSPGD1M006DT04

2、电源LDO芯片

3、绝压传感器 NSPAD1N200DR04

4、温度传感器 NST461-DQNR

5、外接连接座子与十二神探连接器

6、IIC上拉电阻

4、PCB图

5、3D图

6、连接示意图

7、代码

uint8_t PData[3] = {0};  // 定义3字节数组，用于存储从传感器读取的原始压力数据

// 状态检查：读取传感器状态寄存器0x30
NSPGD1M_ReadByte(0x30, Reg30);
if(Reg30[0] == 0x02) {  // 检查状态位，0x02表示传感器就绪或特定状态
    number = 1;         // 设置状态标志位
}

char buf[12];  // 格式化输出缓冲区

// 读取各类传感器数据
float tLocal = readLocalTemp();        // 读取本地温度传感器数值（单位：℃）
float tRemot = readRemoteTemp();      // 读取远端温度传感器数值（单位：℃）  
float p = nspad1n_readPressure();     // 读取绝压传感器数值（单位：kPa）

// 串口打印温度压力数据（调试信息）
Serial.print(tLocal, 4);              // 打印本地温度，保留4位小数
Serial.print(F(" °C    "));  
Serial.print(tRemot, 4);              // 打印远端温度，保留4位小数
Serial.print(F(" °C    "));
Serial.print(p, 2);                   // 打印绝压值，保留2位小数
Serial.println(" kPa");

// 读取压力传感器原始数据（3字节，寄存器地址0x06-0x08）
NSPGD1M_Read3Byte(0x06, PData);
REG06 = PData[0];  // 压力数据高字节
REG07 = PData[1];  // 压力数据中字节  
REG08 = PData[2];  // 压力数据低字节

// 合成24位原始压力数据（传感器输出为24位补码格式）
PCode = (REG06 << 16) | (REG07 << 8) | REG08;

// 符号处理：将24位补码转换为有符号整数
if(PCode > 8388607) {     // 8388607 = 2^23 -1（24位有符号数的正数最大值）
    Pdata = PCode - 16777216;  // 负数转换：PCode - 2^24
} else {
    Pdata = PCode;        // 正数直接使用
}

// 压力值换算：将数字量转换为实际物理量（根据传感器量程和灵敏度）
// 换算公式：Pressure = (原始数据/满量程) * 灵敏度 - 零点偏移
Pressure = (static_cast<float>(Pdata) / 8388607.0) * 0.13333 - 0.1;

// 串口输出换算后的表压值
Serial.print("Pressure: ");
Serial.print(Pressure, 2);    // 保留2位小数
Serial.println(" kPa");

// ========== 屏幕显示界面绘制 ========== //

// 绘制界面标题栏
u8f.setCursor(100, 30);                    // 设置标题显示位置
u8f.setFont(u8g2_font_ncenB14_tf);         // 设置英文字体
u8f.print("纳芯微 WEDsien");               // 显示英文标题

u8f.setCursor(40, 30);                     // 设置中文标题位置
u8f.setFont(u8g2_font_wqy16_t_gb2312);     // 设置中文字体
u8f.print("纳芯微");                       // 显示中文标题

// 绘制数据标签和单位
u8f.setCursor(5, 70);
u8f.setFont(u8g2_font_wqy16_t_gb2312);
u8f.print("温度1:");                       // 温度
u8f.setCursor(215, 70);
u8f.print("℃");                           // 温度单位

u8f.setCursor(5, 120);  
u8f.print("温度2:");                       // 温度
u8f.setCursor(215, 120);
u8f.print("℃");

u8f.setCursor(5, 175);
u8f.print("绝压3:");                       // 绝压数据
u8f.setCursor(210, 170);
u8f.print("kPa");                          // 压力单位

u8f.setCursor(5, 220);
u8f.print("表压4:");                       // 表压数据
u8f.setCursor(210, 220);
u8f.print("hPa");                          // 压力单位

u8f.drawGlyph(0, 150, 280);               // 绘制分割线或图标（根据字体定义）

// 显示本地温度数值（大字体显示）
u8f.setFont(u8g2_font_inb33_mn);           // 设置大号数字字体
sprintf(buf, "%.1f", tLocal);              // 格式化温度值，保留1位小数
u8f.setCursor(65, 80);                     // 设置数值显示位置
u8f.print(buf);                           // 显示温度值

// 显示远端温度数值
sprintf(buf, "%.1f", tRemot); 
u8f.setCursor(65, 130);
u8f.print(buf);

// 显示绝压数值
u8f.setFont(u8g2_font_inb33_mn);
sprintf(buf, "%.1f", p); 
u8f.setCursor(65, 180);
u8f.print(buf);

// 显示表压数值
u8f.setFont(u8g2_font_inb33_mn);
sprintf(buf, "%.1f", Pressure); 
u8f.setCursor(65, 230);
u8f.print(buf);

delay(5000);  // 数据刷新间隔：5秒