九日环境仪 - 嘉立创EDA开源硬件平台

一、项目介绍

二、整体设计框图

三、原理图设计

1.电源模块的电路设计：

  该电路主要是根据芯片手册上的电路图实现的

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   电池电压为 BAT+，Type-C充电电压为VCCIN，VOUT为5V输出电压。实际应用电路中，STDBY引脚未使用，该引脚为充电完成指示引脚，充电的时候我们亮一个灯（CHRG），表示正在充电；充电完成(STDBY)我们可以什么都不做，毕竟充电灯都不亮了，代表已经充满电了。

 

 

 

2.传感器模块的电路设计：

 

    分别采用了AHT21温湿度传感器、AGS10气体传感器、WF183D气体传感器。

（1）AHT21作为新一代温湿度传感器，采用数字输出，I C 接口，有优异的长期稳定性，使用SMD封装适于回流焊并且响应迅速、抗干扰能力强，我们根据其电气特性可以知其输入电压应在输入电压为2.0~5.5V。

 

（2）气体传感器WF183D是一颗经济型数字压力温度传感器内部包含一个MEMS压力传感器和一个高分辨率 24位△∑ADC及DSP。WF183D通过UART提供高精度已校准压力和温度数字输出，通讯连接非常简单。它的数字压力温度直接读取

工作电压： 2.4V~3.6V压力量程： 0~180kPa（绝压）工作电流： 1.5mA待机电功耗： < 2uA

 

（3）AGS10是一款采用数字信号输出的MEMS TVOC传感器。配置了专用的数字模块采集技术和气体感应传感技术，确保了产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性，同时具有低功耗、高灵敏度、快速响应、成本低、驱动电路简单等特点。AGS10主要适用于侦测各类有机挥发性气体，如乙醇、氨气、硫化物、苯系蒸汽和其它有害气体，可应用在空气净化器、家用电器、新风机等设备。传感器采用标准IIC通信协议，适应多种设备。IIC的物理接口包含串行数据信号（SDA）与串行时钟信号（SCL）两个接口。设计时两个接口需通过1kΩ～10kΩ电阻上拉至VDD。

 

 

 

3.电路测量电路设计

  因为GD32的IO口最大可以兼容5V，超过5V就会把IO口烧坏；而测量电压的外设ADC，它的参考电压在立创·梁山派开发板上是3.3V。所以如果使用ADC直接测量电池的电压，那么它无法测量3.3V以上的电压。

为了解决这个问题，我们可以通过电阻分压的形式测量电池电压。电阻的大小可以根据IO口电平计算，分压后不要超过IO口容忍的电压的即可，选取一个合适的值。这里我们选择最常用的10K电阻进行分压

 

 

 

4.屏幕的电路设计

该屏幕使用的是SPI通信方式，为了达到更快的刷屏效果，我们在选择连接开发板的引脚时，可以连接到硬件SPI引脚上。本案例连接的是PB3(SPI0_SCK)PB5(SPI0_MOSI)。

 

 

 

5.2.4G无线模块的电路设计

本方案采用的是NF-03 2.4G模块

  2.4GHz频段是一种常用的无线通信频段，具有较好的穿透能力和较远的传输距离，适用于各种无线通信应用。该模块能够同时实现数据的发送和接收功能，提供了更方便的无线通信解决方案。具有高速数据传输可以满足大多数应用的需求，如传输音频、视频、图像等。低功耗设计：为了延长电池使用寿命或减少电源消耗，这种模块通常采用低功耗的设计，以提供更长的使用时间。

  特点：简单易用：2.4G无线收发一体模块通常提供简单易用的接口和协议，方便用户进行配置和控制。这种模块可以广泛应用于无线遥控、无线数据传输、无线传感器网络等领域，为各种设备和系统提供稳定可靠的无线通信能力。

 引脚说明CE 可以长期接高电平，但是模块写寄存器的时候必须设置为掉电模式，建议 CE 脚连接单片机的 GPIO 口；IRQ 可不接，可采用SPI 查询方式获取 STATUS 寄存器的中断状态。但建议使用单片机的硬件外部中断，让 IRQ 接单片机外部触发引脚，触发单片机中断；注意接地良好，有大面积的铺地，电源纹波小，应增加滤波电容并尽量靠近模块 VCC 与 GND；

 

6.4G模块的电路设计

 

本方案采用的是EC-01FNBIOT模块，电路图也是根据芯片官方给出的电路图进行设计

 

 

NBIoT（Narrowband Internet of Things）模块是一种专门用于窄带物联网通信的硬件模块，它提供了一种省电、低成本、远距离通信的解决方案，适用于物联网（IoT）设备和应用。

以下是NBIoT模块的一些主要特点和功能：

1. 窄带通信：NBIoT模块采用窄带通信技术，其优势是具有较低的功耗和较长的通信距离。窄带通信技术可以有效地解决物联网设备面临的能耗和覆盖范围限制的问题。
2. 高覆盖能力：NBIoT模块能够在复杂的环境中提供广泛的覆盖能力，包括室内、室外和地下等。它可以穿过墙壁和障碍物，实现远距离通信。
3. 低功耗设计：NBIoT模块的设计注重功耗的优化，以延长设备的电池寿命。它采用了低功耗模式，只在数据传输时才启动无线模块，其他时候处于休眠状态。
4. 数据传输安全性：NBIoT模块提供了数据传输的安全性保证。它支持加密和身份验证等安全机制，确保设备和通信数据的安全性。
5. 广泛应用：NBIoT模块可以应用于各种物联网设备，如智能城市、智能农业、智能家居、智能能源管理、智能交通等领域。它为这些应用提供了长距离、低功耗和低成本的通信解决方案。
6. 兼容性：NBIoT模块通常具有良好的兼容性，可以与其他设备和系统进行集成。它支持标准的NBIoT通信协议，与现有的网络和平台进行连接和交互。

7.从机显示的电路设计

从机我采用的是STM32F103C8T6,采用双排母是为了以后方便调试其他模块。

该电路主要就是2.4G模块以及屏幕的设计，引脚的选择大家可以根据我在数据手册中找的，也可以自己去数据手册查找分配，

四、PCB的设计

PCB的话主要就是几个方面，1.走线不能存在直角走线，2.电源线要粗一点。3.有些模块的数据传输容易被干扰比如2.4G模块下方不能有金属，4G模块的天线走线下面尽量不要有其他走线或者元件。

主机：布局是根据自己喜好和飞线的方向来布局

从机：屏幕的元件是根据手册绘制的方便大家把握好元件的尺寸方便焊接，2.4G模块把引脚引出来也是方便自己调试。

五、3D外壳的设计

六、程序的说明：

代码里面都有相应的注释，大家有不明白的可以评论区留言，主要就是4G模块部分的设备号,密钥,名字记得改成自己的代码经过测试是没有问题的，如果不能实现大部分是硬件电路的问题。

七：功能视频演示：

【环境检测仪的制作-哔哩哔哩】 https://b23.tv/2csq6Hy