内容介绍
内容介绍
基于纳芯微NSHT30与NSPAS3芯片设计的环境检测桌搭
一、项目介绍
本项目是使用了纳芯微的NSHT30与NSPAS3芯片搭配十二指神探设计的一个环境监测桌搭，原理图与PCB绘制均采用KiCad绘制。本项目主要功能包括：环境温湿度监测，环境气压监测，能够分别展示温度、湿度、气压的数据曲线，并同时可以将这些数据实时上传至电脑上位机展示。
二、项目设计思路
1、芯片选型
首先是温湿度传感器，我选择了NSHT30。这是一款高精度、低功耗的I2C数字接口温湿度传感器，DFN封装，焊接难度不高。NSHT30在单芯片上集成了一个完整的传感器系统，因此在设计电路时基本不需要额外的外围电路，可以很方便的集成到各种应用当中。此外，NSHT30的I2C接口具有两个独特的、可选择的I2C地址，通信速率最高可支持1MHz，宽电压工作范围，使NSHT30在各种应用环境中更加兼容。同时具有可编程的中断阈值，可以提供报警和系统唤醒，而不需要微控制器来持续监控系统。
其次是气压传感器，我选择的是NSPAS3。该芯片采用汽车级信号调理芯片对MEMS芯体输出进行校准和补偿，能将10kPa 至400kPa的压力信号转换为可自定义输出范围的模拟输出信号。同时，调理过的产品可在温度范围内提供精度范围内的标准输出，免去了对传感器进行校准的工作。
2、主控选型
主控选择了带屏十二指神探，这款主控配备了一块240*240分辨率的LCD彩屏以及两个可程控按键和一个拨轮，丰富了人机交互功能，方便信息观察、界面切换等使用方式。这个模块是通过Type C的USB接口提供供电、下载以及通信的功能，板上有5V转3.3V，最高支持800mA的电压变换器，在12根引脚上也将5V和3.3V引出，方便对其它外设板供电。主控芯片采用树莓派Pico核心芯片RP2040，双Arm Cortex M0+内核，可以运行到133MHz，264KBSRAM，板卡上外扩2MBFlash。
3、原理图绘制
选型完毕后就可以开始绘制原理图了，原理图的绘制相对比较简单，这主要是得力于所选芯片集成度很高，基本不需要外围电路的原因
NSHT30的原理图如下，由于PICO的GPIO引脚可以配置内部上拉，因此可以省略I2C总线上的上拉电阻。
NSPAS3的原理图如下，这里的参考电压VDDHV我选择使用3.3V，这样出来的电压也是在3.3V以内，不用分压，可以直接接入PICO的ADC引脚
十二指神探的接口原理图如下，只需连接电源、I2C和ADC即可，只是在焊接时需要注意反着焊接
4、PCB绘制与制板
原理图绘制完毕后即可开始绘制PCB并制板了，本项目的PCB绘制难度主要在于芯片封装的制作，不过还好芯片数据手册上有详细的芯片尺寸数据，可以对照着绘制PCB，绘制好的PCB如下图所示
5、焊接与调试
收货后即可开始尝试焊接了，虽然本项目需要焊接的芯片很好，但由于温湿度传感器NSHT30尺寸比较小，在焊接过程中还是焊废了两颗料，气压传感器NSPAS3倒是比较好焊接。
焊接好后可以使用十二指神探自带的micropython程序进行测试，只需添加少量的I2C和ADC的代码即可在屏幕上显示当前温湿度和气压。不过为了效率很更高的自由度，本项目是使用C语言和C SDK进行开发的。
三、开发过程中遇到的问题与解决方式
本项目在开发过程中主要遇到了两个问题，都是PCB设计上的问题，这直接导致我打了两次板。
第一个问题是NSHT30芯片尺寸实在是过小，在绘制封装时引脚长度留的比较短，这导致在使用刀头烙铁焊接的时候经常一边焊上了，另一边的焊盘留出来的就很少。很容易虚焊和漏焊。
第二个问题是第一次绘制的时候把NSHT30底部的PAD焊盘也画上去了，但根据官方指导文档该芯片下方最好不要铺铜，这导致初版的NSHT30芯片的ADDR引脚悬空了，本应该接地的，再次也应该接VCC，不能悬空。
最终只能再绘制一版PCB，第二次就是加长的NSHT30引脚的长度，并取消了底部的PAD焊盘，方便ADDR引脚接地。
四、实现结果展示
1、菜单界面，总共实现了四个按钮
五、关键代码及说明
1、main函数，初始化所有资源后，在死循环中执行lvgl的时间函数并定时读取温湿度和气压值，并直接将这些参数添加到ui界面的曲线中
int main() {
int8_t temp=0;
int8_t humi=0;
uint8_t p=0;
stdio_init_all();
ui_init();
nsht30_init();
key_cb_set(btn_return);
adc_init();
adc_gpio_init(26);
adc_select_input(0);
uint32_t time_to_wait_1s = 0;
while (true) {
//printf("RUNNING!\n");
//nsht30_read();
lv_timer_handler();
key_scan();
if(try_to_wait(&time_to_wait_1s, 1000)==0){
nsht30_read(&temp,&humi);
p = baro_read();
ui_temp_add_value(temp);
ui_humi_add_value(humi);
ui_baro_add_value(p);
if(get_page_index()==4)ui_update_refresh(temp,humi,p);
// if(get_page_index()==1)ui_temp_add_value(temp);
// else if(get_page_index()==2)ui_temp_add_value(humi);
}
sleep_us(1000);
}
}
2、菜单界面实现，菜单界面总共四个界面，这里在界面上创建四个按钮即可，每次切换时将选中的按钮显示到屏幕中央即可
void ui_main_screen_init(void)
{
ui_main = lv_obj_create(NULL);
lv_obj_clear_flag(ui_main, LV_OBJ_FLAG_SCROLLABLE); /// Flags
lv_obj_set_style_bg_img_src(ui_main, &bg, LV_PART_MAIN | LV_STATE_DEFAULT);
g_main_indev_group = lv_group_create();
lv_indev_set_group(indev, g_main_indev_group);
label_app_name = lv_label_create(ui_main);
lv_obj_align(label_app_name, LV_ALIGN_BOTTOM_MID, 0, -24);
lv_obj_set_style_text_color(label_app_name,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_text_font(label_app_name,&lv_font_song_24,LV_PART_MAIN);
lv_label_set_text(label_app_name,app_name[0]);
container = lv_obj_create(ui_main);
lv_obj_set_size(container, LV_PCT(100), LV_PCT(100));
lv_obj_set_scrollbar_mode(container, LV_SCROLLBAR_MODE_OFF);
lv_obj_set_flex_flow(container, LV_FLEX_FLOW_ROW);
lv_obj_set_flex_align(container, LV_FLEX_ALIGN_CENTER, LV_FLEX_ALIGN_CENTER, LV_FLEX_ALIGN_CENTER);
lv_obj_set_scroll_snap_x(container, LV_SCROLL_SNAP_CENTER);
lv_obj_set_style_bg_opa(container, LV_OPA_0, LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_bg_color(container, lv_color_black(), LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_border_width(container, 0, LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_pad_column(container, 30, LV_PART_MAIN); //图标之间的间隙
lv_obj_center(container);
//生成演示按钮
for (int i = 0; i < MAX_APP_NUM; i++)
{
lv_obj_t* btn = lv_btn_create(container);
lv_obj_set_size(btn, 80, 80);
lv_obj_set_style_bg_img_src(btn,btn_image[i],LV_PART_MAIN | LV_STATE_DEFAULT);
lv_obj_add_event_cb(btn, button_event_cb, LV_EVENT_ALL, NULL);//只注册获取到焦点、按下的消息LV_EVENT_FOCUSED
//lv_obj_add_event_cb(btn, button_event_cb, LV_EVENT_PRESSED, NULL);
lv_group_add_obj(g_main_indev_group, btn);
}
lv_obj_scroll_to_view(lv_obj_get_child(container, 0), LV_ANIM_ON);
lv_obj_set_size(lv_obj_get_child(container, 1), 64, 64);
lv_obj_set_style_bg_opa(lv_obj_get_child(container, 1), LV_OPA_80, LV_PART_MAIN);
}
/**
* @brief 处理按钮事件的回调函数
* @param event
*/
static void button_event_cb(lv_event_t* event)
{
lv_obj_t* current_btn = lv_event_get_current_target(event);
uint32_t current_btn_index = lv_obj_get_index(current_btn);
uint32_t btn_cnt = lv_obj_get_child_cnt(container);
lv_event_code_t code = lv_event_get_code(event);
if (code == LV_EVENT_FOCUSED)
{
lv_obj_set_size(current_btn, 100, 100);
lv_obj_set_style_bg_opa(current_btn, LV_OPA_100, LV_PART_MAIN);
lv_label_set_text(label_app_name,app_name[current_btn_index]);
if(current_btn_index==0){
if(btn_cnt!=1){
lv_obj_set_size(lv_obj_get_child(container, 1), 64, 64);
lv_obj_set_style_bg_opa(lv_obj_get_child(container, 1), LV_OPA_80, LV_PART_MAIN);
}
}
else if(current_btn_index==MAX_APP_NUM-1){
lv_obj_set_size(lv_obj_get_child(container, current_btn_index-1), 64, 64);
lv_obj_set_style_bg_opa(lv_obj_get_child(container, current_btn_index - 1), LV_OPA_80, LV_PART_MAIN);
}
else{
lv_obj_set_size(lv_obj_get_child(container, current_btn_index - 1), 64, 64);
lv_obj_set_size(lv_obj_get_child(container, current_btn_index + 1), 64, 64);
lv_obj_set_style_bg_opa(lv_obj_get_child(container, current_btn_index - 1), LV_OPA_80, LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_bg_opa(lv_obj_get_child(container, current_btn_index + 1), LV_OPA_80, LV_PART_MAIN);
}
}
else if (code == LV_EVENT_PRESSED)
{
/*启动相应任务*/
//lv_scr_load_anim(ui_temperature, LV_SCR_LOAD_ANIM_OVER_TOP, 500, 0, false);
page = current_btn_index+1;
lv_scr_load_anim(ui_array[current_btn_index], LV_SCR_LOAD_ANIM_OVER_TOP, 500, 0, false);
//_ui_screen_change(ui_array[current_btn_index],LV_SCR_LOAD_ANIM_OVER_LEFT,500,0);
//lv_indev_set_group(indev, ui_indev_group_array[current_btn_index]);
}
}
3、曲线界面，首先在界面上创建一个chart用来展示曲线，然后创建两个scale用来展示xy轴。在获取到温湿度和气压等参数时使用ui_temp_add_value函数在chart上打点展示。
void ui_temperature_screen_init(void)
{
ui_temperature = lv_obj_create(NULL);
lv_obj_clear_flag(ui_temperature, LV_OBJ_FLAG_SCROLLABLE); /// Flags
lv_obj_set_style_bg_img_src(ui_temperature, &bg, LV_PART_MAIN | LV_STATE_DEFAULT);
g_temperature_indev_group = lv_group_create();
//lv_indev_set_group(indev, g_temperature_indev_group);
label = lv_label_create(ui_temperature);
lv_label_set_text(label, label_str);
lv_obj_set_style_text_color(label, lv_color_make(255,0,0), LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_text_font(label,&lv_font_montserrat_20,LV_PART_MAIN);
lv_obj_align(label, LV_ALIGN_TOP_MID, 0, 0);
chart = lv_chart_create(ui_temperature);
lv_chart_set_type(chart, LV_CHART_TYPE_LINE);
lv_chart_set_point_count(chart, 60);
lv_chart_set_range(chart,LV_CHART_AXIS_PRIMARY_Y,0,50);
lv_chart_set_range(chart,LV_CHART_AXIS_PRIMARY_X,0,60);
lv_obj_set_style_pad_all(chart, 0, 0);
lv_obj_set_style_radius(chart, 0, 0);
//lv_obj_set_style_size(chart, 3, 3, LV_PART_INDICATOR);
//lv_obj_set_style_pad_column(chart, 2, 0);
lv_chart_set_div_line_count(chart, 6, 7);
lv_obj_set_size(chart, 200, 200);
lv_obj_align(chart, LV_ALIGN_CENTER, 10, 0);
lv_chart_set_update_mode(chart, LV_CHART_UPDATE_MODE_SHIFT);
/*Create a scale also with 100% width*/
lv_obj_t * scale_left = lv_scale_create(ui_temperature);
lv_scale_set_mode(scale_left, LV_SCALE_MODE_VERTICAL_LEFT);
lv_obj_set_size(scale_left, 25, 200);
lv_scale_set_total_tick_count(scale_left, 26);
lv_scale_set_major_tick_every(scale_left, 5);
lv_obj_set_style_length(scale_left, 3, LV_PART_ITEMS);
lv_obj_set_style_length(scale_left, 6, LV_PART_INDICATOR);
lv_obj_set_style_line_color(scale_left,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_INDICATOR);
lv_obj_set_style_text_color(scale_left,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_INDICATOR);
//lv_obj_set_style_pad_ver(scale_left, 20, 0);
lv_obj_align(scale_left, LV_ALIGN_LEFT_MID, 5, 0);
static const char * y_lable[] = {"0","10", "20", "30", "40", "50", NULL};
lv_scale_set_text_src(scale_left, y_lable);
lv_obj_t * scale_bottom = lv_scale_create(ui_temperature);
lv_scale_set_mode(scale_bottom, LV_SCALE_MODE_HORIZONTAL_BOTTOM);
lv_obj_set_size(scale_bottom, 200, 20);
lv_scale_set_total_tick_count(scale_bottom, 31);
lv_scale_set_major_tick_every(scale_bottom, 5);
lv_obj_set_style_length(scale_bottom, 3, LV_PART_ITEMS);
lv_obj_set_style_length(scale_bottom, 6, LV_PART_INDICATOR);
lv_obj_set_style_line_color(scale_bottom,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_INDICATOR);
lv_obj_set_style_text_color(scale_bottom,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_INDICATOR);
//lv_obj_set_style_pad_hor(scale_bottom, 20, 0);
lv_obj_align(scale_bottom, LV_ALIGN_BOTTOM_MID, 10, 0);
static const char * x_lable[] = {"0","10", "20", "30", "40", "50", "60", NULL};
lv_scale_set_text_src(scale_bottom, x_lable);
ser = lv_chart_add_series(chart, lv_color_hex(0xff0000), LV_CHART_AXIS_PRIMARY_Y);
lv_chart_refresh(chart);
}
void ui_temp_add_value(uint8_t value)
{
lv_chart_set_next_value(chart, ser, value);
memset(label_str,0,sizeof(label_str));
snprintf(label_str,sizeof(label_str),"Temp:%2d C",value);
lv_label_set_text(label, label_str);
}
4、数据上传界面这个界面比较简单，只是在界面上实时展示当前的温湿度和气压值，主要是在进入这个界面后会将这些参数上传值上位机
void ui_upload_screen_init(void)
{
ui_upload = lv_obj_create(NULL);
lv_obj_clear_flag(ui_upload, LV_OBJ_FLAG_SCROLLABLE); /// Flags
lv_obj_set_style_bg_img_src(ui_upload, &bg, LV_PART_MAIN | LV_STATE_DEFAULT);
g_upload_indev_group = lv_group_create();
lv_obj_t* label_1 = lv_label_create(ui_upload);
lv_obj_align(label_1, LV_ALIGN_LEFT_MID, 0, -30);
lv_obj_set_style_text_color(label_1,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_text_font(label_1,&lv_font_song_24,LV_PART_MAIN);
lv_label_set_text(label_1,"温度");
lv_obj_t* label_2 = lv_label_create(ui_upload);
lv_obj_align(label_2, LV_ALIGN_LEFT_MID, 0, 0);
lv_obj_set_style_text_color(label_2,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_text_font(label_2,&lv_font_song_24,LV_PART_MAIN);
lv_label_set_text(label_2,"湿度");
lv_obj_t* label_3 = lv_label_create(ui_upload);
lv_obj_align(label_3, LV_ALIGN_LEFT_MID, 0, 30);
lv_obj_set_style_text_color(label_3,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_text_font(label_3,&lv_font_song_24,LV_PART_MAIN);
lv_label_set_text(label_3,"气压");
label_temp = lv_label_create(ui_upload);
lv_obj_align(label_temp, LV_ALIGN_LEFT_MID, 60, -30);
lv_obj_set_style_text_color(label_temp,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_text_font(label_temp,&lv_font_montserrat_20,LV_PART_MAIN);
label_humi = lv_label_create(ui_upload);
lv_obj_align(label_humi, LV_ALIGN_LEFT_MID, 60, 0);
lv_obj_set_style_text_color(label_humi,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_text_font(label_humi,&lv_font_montserrat_20,LV_PART_MAIN);
label_baro = lv_label_create(ui_upload);
lv_obj_align(label_baro, LV_ALIGN_LEFT_MID, 60, 30);
lv_obj_set_style_text_color(label_baro,lv_color_make(255,0,0),LV_PART_MAIN);
lv_obj_set_style_text_font(label_baro,&lv_font_montserrat_20,LV_PART_MAIN);
}
void ui_update_refresh(uint8_t temp, uint8_t humi, uint8_t baro)
{
char str[10] = {0};
snprintf(str,sizeof(str),"%d C",temp);
lv_label_set_text(label_temp,str);
memset(str,0,sizeof(str));
snprintf(str,sizeof(str),"%d%%",humi);
lv_label_set_text(label_humi,str);
memset(str,0,sizeof(str));
snprintf(str,sizeof(str),"%d kPa",baro);
lv_label_set_text(label_baro,str);
printf("{\"temp\":%d,\"humi\":%d,\"baro\":%d}",temp,humi,baro);
}
软硬件
KiCad文件
使用说明
全屏
附件下载
C_SRC.rar
PICO源码，使用了CSDK和lvgl，压缩包中不包含CSDK但包含LVGL，编译时需配置CSDK路径
QtCode.rar
Qt上位机源码，版本为Qt6，低版本无法编译
app.uf2
可以直接拖拽下载的代码
团队介绍
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