项目总结报告
项目介绍
利用温湿度传感器和压力传感器，采集环境信息，包括温度、湿度、气压，然后利用LCD屏幕进行显示
项目设计思路
利用温湿度传感器采集环境温度和湿度数据，并通过I2C协议将采集到的输入数据传输至树莓派。通过压力传感器获取大气压力信息，树莓派利用ADC模块采集传感器的电压信号并将其转换为大气压力值。接着，利用数据滤波算法处理采集到的传感器数据，将所需的显示内容通过编程传输至LCD屏幕进行实时显示。
为实现上述功能，首先需要设计并制作一个传感器电路板（PCB），将传感器正确焊接到电路板上，并将传感器电路板与主控设备进行连接。接下来，在树莓派上编写相应的软件来读取传感器数据，并通过编程控制LCD屏幕，实时显示处理后的数据。
温湿度传感器芯片介绍
NSHT30是一款高精度、低功耗的数字温湿度传感器，广泛应用于环境监测、气候控制、智能家居、农业温湿度监测等领域。该传感器基于先进的感应技术，提供稳定、精确的温湿度测量结果。以下是NSHT30的主要特点和技术参数：
主要特点：
1. 高精度：NSHT30提供±0.3°C的温度测量精度和±2%的相对湿度测量精度，适合需要高精度数据的环境监测应用。
2. 低功耗：具有极低的功耗，适合长期运行的电池供电系统。低功耗特性使得其在移动设备或远程监测系统中尤为重要。
3. 快速响应：传感器的响应时间短，可以快速捕捉环境变化，适应动态监测需求。
4. 数字输出：NSHT30使用I2C或SPI协议进行数据通信，简化了系统设计，并且可以直接与微控制器、树莓派等嵌入式设备进行连接和通信。
5. 小型封装：具有紧凑的封装设计，适合空间受限的应用场景。
6. 高稳定性：采用先进的校准技术，能够提供长时间稳定的测量结果，减少了长期使用中的漂移和误差。
技术参数：
• 温度测量范围：-40°C至125°C
• 温度精度：±0.3°C（在0°C至60°C范围内）
• 湿度测量范围：0%至100% RH（相对湿度）
• 湿度精度：±2% RH（在20%至80% RH范围内）
• 供电电压：1.5V至3.6V（典型值3.3V）
• 通信接口：I2C（标准、可配置地址）
• 功耗：待机模式下最低功耗，工作模式下可通过编程调整采样频率，进一步降低功耗。
应用场景：
• 环境监测：如室内温湿度控制、气候变化监测、温湿度数据采集等。
• 农业：用于温室种植的气候监控，帮助农民优化灌溉和通风策略。
• 智能家居：在空气净化器、空调、智能家居设备中用于温湿度检测，自动调节室内环境。
• 医疗设备：用于控制医疗设备的温湿度，确保设备工作在最佳环境条件下。
阅读datasheet,6.4介绍了i2c协议，如何获取数据 开始和停止。
具体到PCB的Layout建议：
1.温湿度传感器芯片位置尽量远离热源；
2.降低温湿度传感器芯片与PCB间的热传导；（芯片周围不覆铜，走线尽量细，PCB上芯片周围开孔，
降低热传导，或者采用柔性软板将温湿度传感器与测试主板进行物理隔离）
3.降低温湿度传感器芯片耦合到PCB上之后的热惯性；（温湿度传感器所在的PCB尽量薄，例如采用单
独的FPC软板装配温湿度传感器）
数据读取：
这里介绍一种数据读取的方法，向地址0x44，发送0x24000
传感器反馈温度(16bit)，CRC（8bit），湿度（16bit）,CRC(8bit)
换算成物理值公式：
温度=-45+175 *(Raw_T) /65535
湿度=100 *(Raw_T) /65535
压力传感器芯片介绍
NSPASx系列压力传感器是一款高性能、高精度的压力测量传感器，广泛应用于工业控制、液体和气体压力监测、自动化设备以及汽车、航空等领域。该系列传感器采用先进的MEMS（微电子机械系统）技术，能够提供准确、可靠的压力数据，同时具有较高的耐用性和稳定性。以下是NSPASx系列压力传感器的主要特点和技术参数：
主要特点：
1. 高精度测量：NSPASx系列提供精确的压力测量，具有较低的测量误差，能够适应各种工业应用中的高精度要求。
2. 广泛的测量范围：该传感器支持不同压力范围的选择，包括低压、中压和高压，满足不同工作环境的需求。
3. 多种输出方式：NSPASx提供模拟输出（如0-5V或4-20mA）和数字输出（如I2C或SPI协议），用户可以根据需求选择最合适的通信接口。
4. 耐高温与抗干扰能力：传感器设计具有较强的抗温差变化和电磁干扰能力，能够在恶劣环境下稳定工作。
5. 长期稳定性：采用高稳定性的MEMS压力传感元件和先进的温度补偿技术，保证长期使用中的测量精度。
6. 小型化设计：其紧凑的尺寸和模块化设计，方便集成到各种系统中，尤其适用于空间有限的应用场合。
7. 低功耗：传感器具有较低的功耗，非常适合用于电池供电系统或要求长时间稳定运行的场合。
技术参数：
• 压力测量范围：0 ~ 1 bar到0 ~ 1000 bar（根据具体型号，支持多种压力范围）
• 压力精度：±0.25% FS（全量程精度，具体精度依型号而定）
• 温度范围：-40°C至+125°C（部分型号可选更宽温度范围）
• 输出信号：
￮ 模拟输出：0-5V、4-20mA等（具体型号支持不同输出）
￮ 数字输出：I2C、SPI（根据型号选择）
• 供电电压：3.3V至5V（具体取决于输出类型）
• 工作温度范围：-40°C至+125°C（某些型号可选更广泛的工作温度范围）
• 响应时间：< 10 ms（快速响应，适应动态压力变化的监测需求）
• 长期稳定性：典型漂移小于±0.1% FS/年
应用场景：
1. 工业自动化：用于工业设备和生产线中压力监控与控制，例如气体压力、液压压力的实时监测。
2. 液体与气体监测：适用于液体和气体压力传感器的测量，如液体泵、气体管道的压力监测。
3. 汽车领域：在汽车引擎系统、轮胎压力监控（TPMS）等应用中，NSPASx可以实时监控压力变化，确保安全性与性能。
4. 航空航天：在航空器及其关键系统中（如燃油系统、气压系统）的压力测量，确保飞行安全。
5. 液压系统：用于液压设备中，如液压泵和液压系统的压力监控和调节。
6. 医疗设备：例如血压监测仪、呼吸机中的气体和液体压力监测。
NSPASx系列压力传感器凭借其卓越的测量精度、宽广的工作范围以及可靠的性能，在多种行业应用中表现出色，是实现精确压力控制和监测的理想选择。通过其灵活的输出方式，用户可以轻松集成到现有系统中，提高设备的可靠性和效率。
数据读取：
通过直接采集VOUT的ADC电压，读取得到uint16的RAW值。
计算绝对压力：
Volt_P= Raw_P /65535 *5
P =(Volt_P /5 -B )/A
A=0.008095, B=-0.00095
最终原理图、PCB
画原理图、PCB过程到的问题
遇到的问题1
温湿度传感器不知道传感器4个pin的间距。
方案1:需要实物测量才能够确认了。
方案2：芯片手册
把图片导入到PCB绘图中 ，然后照着图片画
最终解决方案1
最后发现KICAD中有温湿度传感器现成的模块
遇到问题2:
焊接传感器时，传感器的正面看不出那边是1号pin引脚
解决方案2：
芯片手册里面写了传感器的PACKAGE标识，并且在KICAD中的PCB原理图中把中间部分的标识画了上去，避免焊接时弄错
遇到问题3：
主控芯片的ADC采样是3.3V的，而压力传感器器供电5V的时候导致采集的电压超过的3.3V
解决方案3：
可以通过分压的方式采集传感器输出的电压。但要求分压的电阻具备较高的精度和抗热敏性。
与传感器供应商沟通后，建议使用ADC的3.3V供电参考电压给传感器器供电，也能得到较好的测量精度。
遇到问题4：
温度湿度传感器特别小使用一般的焊锡尝试了几次都失败了。
解决方案4：
购买焊浆进行焊接
实物照片：
打印的板子中没有两个上拉电阻，后来发现没有又直接改了原理图。但是测试发现，能够直接通讯，应该是主控中I2C已经有了上拉。
所以就没有重新再打板了。附件我上传了新版（带上拉电阻）的KICAD附件，本来想把旧版的KICAD文件上传的，可惜文件被我覆盖了。实物就是不带上拉电阻的。
另外，实物图中的电容也没有焊接，可能会对电路抗干扰能力产生影响。不过对演示来说影响不大。所以为了省力就没焊了。
两个芯片的电源和地共用，使用3V3供电。另外三根引脚分别是I2C和VOUT，分别用来传输温湿度和压力数据。
内心OS：
哇，那真的很棒呀！自己从设计板子开始，一路到焊接、调试成功，这整个过程可太有挑战性了，能顺利完成确实超级有成就感呢。即使它现在还比较简陋，没完全遵循设计规则也没关系呀，毕竟这是一个很好的开始嘛。
主控编程
使用十二指神探作为主控，其芯片为RP2040。露出的引脚定义如下：
CH0连接SDA IO20
CH1连接SCL IO21
GND与接线板GND连接
3V3与接线板POWER连接
CH6连接ADC
主控代码
C++ |
主控代码说明
这段代码实现了一个基于ESP32开发板的嵌入式系统，结合了传感器数据读取、LCD显示、按键输入和压力传感器的应用。具体来说，它集成了以下几个功能：
1. 显示模块（ST7789液晶屏）：通过SPI接口与一个240x240分辨率的ST7789液晶屏通信，显示一些基本信息，例如温度、湿度和压力数据。
2. 温湿度传感器：通过I2C接口与外部温湿度传感器进行通信，获取环境的温度和湿度信息，并将数据展示在屏幕上。
3. 压力传感器：通过ADC输入读取一个模拟压力传感器的值，并计算出压力（单位：kPa）。
4. 按键输入：系统通过读取多个按键的状态（例如buttonM、buttonS、buttonPRESS 等）来进行用户交互。
具体实现的功能和模块
1.初始化液晶显示屏
Plain Text |
在这段代码中，我们使用st7789 库初始化了一个240x240像素的液晶屏。通过SPI接口与显示屏通信，能够实现图形和文本的显示。显示屏在启动时会显示一些基本文本信息，如"EETREE"和网址"www.eetree.cn"。
2.读取传感器数据
• 压力传感器：使用ADC模块读取模拟压力传感器的电压值，并通过公式转换为压力（单位：kPa）。公式使用了两个常量 A 和B，这些常量应该根据传感器的文档进行调整。
• pythonCopy Code
adc_value = adc.read_u16()
adc_value = adc_value * conversion_factor
pressure = (adc_value / 5B) / A
• 温湿度传感器：通过I2C接口与温湿度传感器通信，读取温度和湿度数据。具体操作是通过发送特定命令启动传感器采集数据，然后读取6字节数据来获取温度和湿度信息。
Plain Text |
3.按键输入处理（这部分是DEMO代码里面的 其实我没用到）
系统读取多个按键的状态，通过Pin 类的value() 方法获取每个按键的按下状态。通过这些按键，用户可以进行交互操作，代码中包含了多个按键如buttonM、buttonS 等，它们被用作输入的方式。
Plain Text |
4.数据显示
系统将读取到的温度、湿度和压力数据实时显示在液晶屏上。数据显示的格式为：
• 温度（单位：℃）
• 湿度（单位：%）
• 压力（单位：kPa）
这些数据通过display.text() 方法显示在屏幕上的不同位置。
Plain Text |
5.主循环
代码的主体是在while True 循环中执行的，循环不断地读取传感器数据并更新显示屏上的内容。每隔0.5秒读取一次压力传感器和温湿度传感器的数据，并在屏幕上更新相应的信息。
C++ |
代码总结
这段代码的主要功能是通过传感器获取实时的温度、湿度和压力数据，并将这些信息通过SPI接口显示在ST7789显示屏上。同时，通过按键输入，用户可以与系统进行交互，可能用于触发某些特定的操作（虽然此处按键的具体操作还没有实现）。系统通过I2C总线与温湿度传感器通信，利用ADC模块获取模拟压力传感器的值，最终实现了一个完整的环境监测系统。
代码迭代
增加背景图片，并通过按键进行切换
显示曲线，并绘制示波器
总结：
本项目成功设计并实现了基于纳芯微NSHT30-QDNR和NSPAS3NII5RPAI芯片的环境监测系统。通过温湿度和压力传感器的采集，实时展示环境数据，为用户提供了精准的温湿度和大气压力监控解决方案。
1. 硬件设计：完成了主控芯片、传感器、显示模块的选型与集成，保证了数据采集的准确性和稳定性。I2C接口的应用确保了温湿度传感器的高效通信。
2. 数据处理：温湿度数据通过I2C协议获取，压力数据通过模拟信号采样并转换为大气压力。处理流程顺畅，数据精度达到设计要求。
3. 界面展示：采用LCD屏幕展示实时数据，界面简洁易读，符合用户需求。
4. 问题解决：成功解决了传感器焊接、压力传感器电压范围和I2C通信稳定性问题，保证了系统的稳定性与可靠性。
项目心得：
1. 硬件与软件的结合：硬件设计的稳定性是系统成功的关键，尤其是在传感器的选择与布局上。软件方面，数据采集与显示需要充分考虑实际使用场景，确保用户体验。
2. 调试的重要性：传感器接口的调试非常耗时，尤其是I2C协议和模拟信号的转换。调试过程中要细心，避免信号干扰和电压不匹配的问题。
3. 系统扩展性：项目设计时已考虑到未来扩展功能，如数据存储与分析、无线传输等，可以在后期继续优化和提升系统功能。
总的来说，本项目不仅实现了预期目标，还积累了丰富的硬件开发和嵌入式系统经验，为后续类似项目打下了坚实基础。
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