FastBond2阶段1-基于ESP32的空气质量检测节点的框图设计

内容介绍

一、项目思路

很长的一段时间内，我总是睡不醒，甚至周末的下午，一个人在房间也会越来越困。在买了青萍的空气质量传感器后，我发现问题来自于室内的二氧化碳浓度。

平时我们用的大部分空气质量传感器都是只监测温湿度的，而有检测二氧化碳功能的传感器一般体积都比较大。

这次想尝试自己制作一款便携的空气质量传感器，同时也可以作为检测节点将采集数据传输给其他设备。

二、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。

FuccuIjdyoqCdMGjLj6AqkVIh3Jx

得捷网站链接如下：https://www.digikey.cn/schemeit/project/fastbond控制质量节点-660dce36589f4e5a863a7ca7fd505983

主要元器件：ESP32S3、ENS160、BME680、SGP40

主控芯片：乐鑫ESP32S3

ESP32-S3 是一款集成 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的 MCU 芯片，支持远距离模式 (Long Range)。ESP32-S3 搭载 Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240 MHz，内置 512 KB SRAM (TCM)，具有 45 个可编程 GPIO 管脚和丰富的通信接口。ESP32-S3 支持更大容量的高速 Octal SPI flash 和片外 RAM，支持用户配置数据缓存与指令缓存。

ESP32-S3芯片具有行业领先的低功耗性能和射频性能，支持 WiFi IEEE802.11b/g/n 协议和 Bluetooth 5。该芯片搭载 Xtensa-R32 位 LX7 双核处理器，工作频率高达 240 MHz。支持二次开发，无需使用其它微控制器或处理器。芯片内置 512 KB SRAM，384 KB ROM， 16KB RTC SRAM。芯片支持多种低功耗工作状态，能够满足各种应用场景的功耗需求。芯片所特有的精细时钟门控功能、动态电压时钟频率调节功能、射频输出功率可调节功能等特性，可以实现通信距离、通信速率和功耗之间的最佳平衡。

模组提供丰富的外设接口，包括 UART，PWM，SPI，I2S，I2C，ADC，LCD， DVP,RMT(TX/RX)，脉冲计数器，USB OTG，USB Serial/JTAG，SDIO，DMA 控制器， TWAI 控制器，温度传感器，电容式传感器和多个IO 口。

模块具有多种特有的硬件安全机制。硬件加密加速器支持 AES、SHA 和 RSA 算法。其中的 RNG、HMAC 和数字签名(Digital Signature) 模块提供了更多安全性能。其他安全特性还包括 Flash 加密和安全启动 (secure boot) 签名验证等。完善的安全机制使芯片能够完美地应用于各种加密产品。模块支持低功耗蓝牙：Bluetooth5，Bluetooth mesh。蓝牙速率支持：125Kbps，500Kbps，1Mbps，2Mbps。支持广播扩展，多广播，信道选择。

支持蓝牙和WIFI，就意味着可以进行很多的无线连接；同时乐鑫提供了大量的开源库，包括语音识别Skainet，可以方便的进行后期扩展。

二氧化碳传感器：ScioSense ENS160

ENS160 专为室内空气质量检测而设计，能直接输出多种IAQ（TVOC、eCO2、AQI）数据。创新的TrueVOC技术结合金属氧化物(MOX)技术使得该传感器有优越准确性、快速响应、抗干扰等特性。 ENS160空气质量传感器内置算法，直接输出TVOC、eCO2、AQI数据，环境数据更丰富、容易理解。该传感器的预热时间小于3分钟，可以更快速的获得准确数据，内置基线自动校准算法，确保了传感器的长期稳定性。

温湿度传感器：Bosch BME680

BME680环境传感器是一款四合一MEMS环境传感器，可测量VOC（挥发性有机物）、温度、湿度、气压这四个参数，非常适用于监测空气质量。由于采用了MEMS技术，该传感器体积小、功耗低，因此也适用于低功耗场合，如可穿戴等。可同时检测四个环境参数，是气象站、智能家居、物联网、可穿戴等场景的理想选择。

TVOC传感器：Sensirion SGP40

SGP40是一款Sensirion的VOC传感器（SGP30的升级版），具有超长供货期（sensirion10年计划）、超低功耗(平均功耗低至 2.6 mA / 3.3V)、启动速度快（<60S）、无需校准等特性。最重要的是该传感器内置强大的VOC算法，可将不直观的VOC浓度转换为可直观指示空气质量好坏的VOC指数。 SGP40传感器与人类鼻子表现相似，反应的是室内voc相对于历史数据的强度变化，且Breakout版本体积非常小巧，因此十分适合集成到会长期使用的室内场景项目中。

三、电路图

待阶段二补充

四、总结

通过阶段一，我基本构建了一款空气质量传感器的大致概念，后续会在第二阶段完善电路图以及设计方式，将项目成型。