前提说明（2024年12月15日）：

1. 气压数值修正：在视频和图片中，大气压强曾显示为约10.25 kPa，这是由于程序换算错误导致的。实际数值应为102.5 kPa。相关错误已在附件中修正，请放心使用修正后的版本。

2. PCB错误修正：原设计中存在5V电路未正常连接的问题，现已修正原理图和PCB设计。修正后的版本已经更新，请放心使用。

一、项目介绍

1. 传感器：采用纳芯微NSHT30温湿度传感器和纳芯微NSPAS3压力传感器，能够实现环境温湿度及大气压强的精准检测。
2. 主控：基于RP2040主控的“带屏12指神探”系统，配备显示屏、按键、拨轮及扩展引脚，具备高效控制与多功能交互能力。
3. 无线功能：采用CH582F芯片，支持2.4GHz无线通信，实现稳定的无线数据传输。
4. 整体功能：本项目实现了本地端与远程端的多端无线环境监测与数据展示功能，用户可通过按键和拨轮切换显示区域与模式，便于快速查看所需信息。

图1：项目实物展示（a. 远程端数据实时显示；b. 本地端波形动态显示；c. 扩展板背面设计与布局）

二、项目设计思路

1. 基础功能：带屏12指神探通过多个引脚进行数据采集，其中IIC引脚用于读取NSHT30传感器的温湿度数据，ADC引脚用于读取NSPAS3传感器的大气压数据，并将环境检测数据实时显示在屏幕上。
2. 无线功能：利用CH582F芯片的2.4GHz RF通信功能，远程端可读取传感器数据后，通过无线方式发送至直连扩展板。直连扩展板中的CH582F作为IIC从机，与带屏12指神探进行数据交换。
3. 显示切换：带屏12指神探配备的按键和拨轮可用于切换显示区域和模式。显示区域可在本地端和远程端之间切换，显示模式包括清晰的数字显示模式和包含更多信息的波形显示模式，满足不同用户需求。

图2：功能设计示意图

三、环境搭建

1. KiCad：用于绘制原理图和电路图，帮助设计和验证硬件电路。
2. VSCode + PlatformIO：针对RP2040主控的开发环境，使用PlatformIO平台编写和编译C++代码，实现软件开发和调试。
3. MousRiver：用于CH582F芯片的软件开发，提供C++代码编写和编译功能，支持开发过程中对芯片的配置和管理。
4. WCHISPStudio：用于CH582F的固件烧录，作为烧录工具确保固件能够正确上传到芯片中。

四、电路设计和遇到的问题

（一）带屏12指神探

1. 带屏12指神探：带屏12指神探具有多个引脚，可用于扩展外部传感器。相关资料可在电子森林平台上获取。其管脚定义如下：我们将使用IIC引脚以及两个ADC引脚进行环境数据采集和传输。

图3. 带屏12指神探引脚说明

（二）扩展板

1. 扩展板设计：扩展板包括温湿度模块和气压模块，采用CH582F最小系统和蓝牙天线实现无线通信。本地端和远程端的PCB设计相同，区别在于烧录不同的程序，以实现各自的功能。如果不需要远程端功能，只需焊接两个传感器模块即可。
2. 原理图如下：原理图主要包含USB接口、NSHT30传感器电路、NSPAS3传感器电路、管脚连接及CH582F电路。

图4. 扩展板原理图

3. PCB 3D图如下：更新后的PCB设计图如下：

• 正面：仅包含NSPAS3传感器电路。
• 背面：包含NSHT30传感器电路和CH582F电路。
• 设计特点：采用双层板设计，板厚为1.2mm。天线走线已针对1.2mm板厚进行了阻抗匹配，确保信号传输良好。

图4. 扩展板PCB仿真图

（三）遇到的问题

1. 第一版PCB问题：第一版PCB存在一些小问题，其中5V电压未正确连接，已通过飞线进行了临时处理。现在，原理图和PCB中的相关错误已得到修正，确保了电路的正常运行。
2. NSPAS3压力传感器注意事项：NSPAS3压力传感器的输出电压不仅与大气压强相关，还与输入电压密切相关。因此，在电路设计中，需要采用两个ADC分别测量输入电压和输出电压，通过计算两者的比值来准确换算出大气压强。

五、软件设计

（一）RP2040开发

1. 屏幕驱动：根据原理图，使用PIO平台和Arduino库中的TFT_eSPI库实现屏幕驱动功能，确保屏幕显示的流畅性和稳定性。
2. 传感器读取：通过IIC与NSHT30温湿度传感器和CH582F进行通信，并通过两个ADC引脚读取NSPAS3压力传感器的数据，确保准确采集传感器信息。
3. 数值与波形展示：基于屏幕绘制函数，构建多种展示界面，包括数值显示和波形图展示，以满足不同用户需求。

（二）无线开发（CH582F）

1. 通信功能开发：基于2.4GHz RF通信，快速搭建无线网络并实现数据发送。远程端作为数据发送方，本地端作为数据接收方。
2. 远程端：CH582F周期性读取温湿度和大气压数据，通过RF通信将数据无线发送给本地端。在此过程中，远程端会周期性休眠以减少功耗，延长电池寿命。
3. 本地端：本地端的CH582F与RP2040通过IIC连接，并作为从机接收数据。接收到的数据会存储在内存中，当RP2040通过IIC访问时，本地端将数据返回给RP2040进行显示或进一步处理。

（三）运行流程框图

图6. 运行流程框图

六、功能展示

1. 本地端传感器数据读取

2. 远程端传感器数据读取

3. 波形显示模式

七、总结

1. 本项目的初衷是设计一个简单的桌面小摆件，能够实时检测环境的温湿度和大气压数据。考虑到远端传感器数据读取的需求，项目进一步加入了无线功能，从而实现了其他房间、保温箱、机箱等环境的检测，扩展了应用的可能性。
2. 本项目硬件设计简洁，本地端和远端的PCB相同，只需根据需求焊接不同的传感器模块，并烧录不同的固件即可实现多种功能。
3. 本项目具有较好的扩展性，可以根据需求增加更多远端设备，实现更广泛区域的温湿度检测。

八、补充说明

1. 开源声明：
   本项目的软硬件全部开源，相关代码和设计文件已上传至附件中，您可以自由下载、修改和使用。
2. 气压数值修正：
   在视频和图片中，大气压强显示为10.25kPa左右，这是由于程序换算错误导致的，实际值应为102.5kPa。此问题已经在附件中的程序中得到修正，您可以放心使用更新后的版本。
3. PCB修正：
   原版PCB存在5V电路未正常连接的错误，已经通过修正原理图和PCB设计解决。修正后的设计可以正常使用，您可以根据最新的设计文件进行操作。