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用纳芯微NSHT30芯片设计的手指测温板
该项目使用了NSHT30芯片，实现了测量温度和湿度的设计，它的主要功能为：以尽量小的体积，并且通讯接口引出，完成较小温湿度模块。
标签
WeDesign活动
温度测量
NSHT30
你豪吗
更新2025-01-02
41

视频链接：https://v.youku.com/v_show/id_XNjQ0MzQ3Mjg1Ng==.html

项目介绍

在参与硬禾学堂举办的WeDesign活动第六期活动中，选择了四款纳芯微的芯片之一的NSHT30传感器芯片，并且搭配带屏12指神探作为主控芯片，成功完成人体温湿度检测的这个任务。需要通过KiCAD这个开源软件绘制原理图和PCB，并且打板焊接调试，最终实现对人体温湿度的实时监测，后面我将介绍一下设计思路和过程。

项目设计思路（含设计框图）

完成这个项目，主要需要学习软件和硬件两大部分的知识：

  1. 软件方面：使用的是官方建议的带屏12指神探，主控芯片是RP2040，并且使用简单易用的micropython作为开发语言方便进行开，官方也提供了其他项目的开发代码，可以用于参考学习，
    1. IIC接口：用于读取传感器NSHT30
    2. 屏幕UI的设计，用于显示温湿度信息
  3. 硬件方面：需要需要KiCAD绘制原理图和PCB，并且需要导出Gerber文件，交给PCB生产公司打板，收到后需要进行元器件的焊接
    1. 焊接：注意不要短路了啊啊啊！不要虚焊了啊啊啊！

image.png

搜集素材的思路

我在搜集素材的时候，主要可以分为两部分：

  1. 软件方面：电子森林官网提供的带显示屏的、基于RP2040的多功能嵌入式编程学习、硬件调试平台（https://www.eetree.cn/platform/2585），这里面有详细的原理图和软件代码测试包，以及引出IO的管教的功能，非常方面用于参考
  2. 硬件方面：硬禾学堂有发布关于KiCad的教程（https://class.eetree.cn/page/627066），该教程十分封面，从原理图设计到PCB设计，最后还有一个实战项目来汇总练手
  3. NSHT30芯片：这款芯片是纳芯微厂商生产的，所以需要找到对应数据手册来参考如何绘制原理图和PCB图，在编写软件的时候还需要对应的接口时许图，比如这个芯片是IIC的，所以需要得到对应的地址和数据指令等

实现结果展示

调试遇到的问题：

  1. 芯片虚焊，导致RP2040的IIC读取不到数据，导致经过报错
  2. 屏幕的UI设计的时候，每次想在指定位置显示内容，都会出现不同程序的偏差和重合，需要不断的进行调整
  3. 字体的大小的问题，内置固件只有16×32和8×8的，想要显示大型字体就得另辟蹊径了


对于字体的方式，并没有找到为什么好的方法，一开始想模仿官方示例的做法，但是琢磨了好久也没有弄出来，于是转变了思路，使用画点的方式来调整不同大小的字体，还好需要保存 的数组数量不是很多且芯片内存足够，通过一个bit一个bit的判断数组中的数据来判断这个像素点是否绘制，从而来在局部形成一个大大的数字，因为是一个点一个点刷新的并且数量还很多，所以在刷新的时候会有一定的延迟，代码在下方或者附件中展示

Snipaste_2024-11-06_20-06-46.pngSnipaste_2024-11-06_20-07-02.png

微信图片_20241106200216.jpg微信图片_20241106200215.jpg

关键代码及说明

在主函数中，主要获取温湿度数据，然后取出每一位，来通过if判断显示对应的数据

while True:
    display.fill(st7789.BLACK)
    
    temperature,humidity = ReadDate()
    temperature_1 = int(temperature) // 10 % 10
    temperature_2 = int(temperature) % 10
    temperature_3 = int((temperature - int(temperature)) * 10)
    humidity_1 = int(humidity) // 10 % 10
    humidity_2 = int(humidity) % 10
    
    //……以下是显示的逻辑
    if temperature_1 == 0:
        draw_pixels(data0,64,128,0,18)
    elif temperature_1 == 1:
    		//以下省略

读取NSHT30的代码函数

def ReadDate():
    temperature = 0
    humidity = 0
    # write
    senddata = bytearray(3)
    senddata[0] = 0x24
    senddata[1] = 0x0B
    i2c.writeto(0x44, senddata)
    # read
    utime.sleep_ms(7)
    readdata = i2c.readfrom(0x44, 6)
    readdata1 = [byte for byte in readdata]
    # merge    
    temperature = (readdata1[0]<<8) | readdata1[1]
    humidity = (readdata1[3]<<8) | readdata1[4]
    # convert
    temperature = -45 + 175*temperature/(65536-1)
    humidity = 100 * humidity/(65536-1)
    return temperature,humidity

根据数组在指定位置绘制像素点函数

def draw_pixels(data, width, height, start_x, start_y):
    byte_width = width // 8  # 每行的字节数
    for y in range(height):
        for x in range(width):
            # 计算当前像素所在的字节索引
            byte_index = y * byte_width + x // 8
            # 计算当前像素在字节内的位索引
            bit_index = 7 - (x % 8)  # 从最高位开始计数
            # 检查当前像素是否应该被点亮
            if (data[byte_index] >> bit_index) & 1:
                # 绘制单个像素点，考虑偏移量
                display.pixel(start_x + x, start_y + y, st7789.WHITE)

通过上面draw_pixels这个函数，就可以在指定的位置绘制出以下数据了，这个可以通过取模软件然后修改一下得到，以下只是其中的一个

data0 = [
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
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    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
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    0x00, 0xff, 0xe0, 0x00, 0x00, 0x07, 0xfe, 0x00,
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    0x00, 0x7f, 0xf0, 0x00, 0x00, 0x0f, 0xfc, 0x00,
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原理图/PCB图

原理图和PCB比较简单，第一次使用KiCad都是参考着硬禾学堂官方的教程画的。

这属于NSHT30的最小系统板了，但有一个电源指示灯，十分小巧可以用于其他项目中去。

SCH.png

PCB.pngPCB_3D.png

实物

其中R3是预留的，怕浮空不能很好的使能。但是效果很好可以正常使用，不用焊接！

只需要使用控制器的四个引脚即可正常使用，1，电源。2，GND。3，SDA。4，SCL。对应接上即可

U1为本次项目的核心--NSHT30，外围电路灰常简单，一对IIC的上拉电阻和一颗电源的滤波电容，最后还有一颗电源指定灯，确定电源是正常的，

图片.png

微信图片_202412312156561.jpg


总结

感谢电子森林举办的WeDesign活动，此次活动不仅为我提供了一个宝贵的机会来了解并学习KiCad这款强大的开源电子设计自动化（EDA）软件，还让我亲身体验了动手焊接电子元件的乐趣和挑战。通过这次活动，我对从原理图设计到PCB布局的整个流程有了更全面的认识，同时也掌握了更多关于电路设计和制造的实际技能。

软硬件
KiCad文件
使用说明
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原理图、PCB、KiCad工程
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12指神探代码
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