HCHO-CUBE

   前段时间在逛开源广场时，被番薯君的设计基于ESP07S的多参数微型环境质量检测仪 - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)吸引，比起单纯复刻我更想魔改，本着精益求精的想法，我把番薯君 本身完成度已经很高的设计进一步优化，同时补充了云服务功能以及对接家里现有的智能家居无线网的Lor模块。

0、写在前面

1、该仪器成本较高，想要复刻的朋友可以考虑删减功能或者看看番薯君的设计。链接已经放在上面了。

2、该仪器采用STM32G431CBU6为主控，番薯君使用的是ESP8266-07。由于包含了OTA程序和各种程序库，所剩空间几乎没了，有一个PIN2pin的芯片STM32G474CEU6，可以换这个用，目前硬件部分没有太明显BUG，软件部分完成了云平台、三个UI界面、基础控制等功能，没有太多优化的想法了，暂时就不换硬件了。

3、由于仪器本身体积很小，36mm*36mm*36mm的立方体，且内部空间堆叠复杂，制作起来有一定困难，所有的元器件选型均为小封装的QFN和0402器件，对焊接要求极高，需要使用SMT或者铁板烧，纯手工焊接失败率极高，对动手能力要求较高，但详细过程会尽量写明白。

4、仪器使用了涂鸦智能的WR4 WiFi模块，接入了涂鸦云平台，所有数据都能够通过APP查看，但涂鸦智能部分的克隆还没有整理好，该仪器不联网也能用，后续整理好后会再次发布。

5、本监测仪器未经授权禁止商用！！！   可能因为成本问题没人考虑商用吧...

1、成品实物图

   立创打样的亚克力前面板还没到货，现在前面看着还比较丑，等到货后会换图。

   仪器采用全铝合金CNC外壳外加黑色亚光阳极氧化，手感与质感都是极佳。正面采用”全面屏“设计，采用1.3寸的lcd彩屏。侧面开有Type-C充电口，传感器开孔、风扇通风孔、蜂鸣器开孔等。整体是一个边长36mm的立方体。

  仪器目前写了三个UI界面，简单展现了仪器内部所有的传感器参数，由于仪器所有数据都可以上云，所以本地的UI界面本着实用与简洁的原则设计，第一个界面的参数颜色可依据参数的指标改变颜色显示，比如绿色代表指标优秀，红色代表指标爆表，不同的指标有不同的分类，在程序里有详细写明，在这里就不再详细说明。

   仪器设有一个实体按键，一颗加速度陀螺仪六轴传感器（可以检测仪器的三方向单双击）。实体按键隐藏在了外壳内部（纯粹为了保险留的按键），实际操作使用加速度计感应。

   仪器内部集成了高精度时钟、温湿度传感器、气压传感器、光线紫外线传感器、可挥发有机物传感器、二氧化碳传感器、甲醛传感器等环境传感器，以及WiFi模块、Lora模块、保持空气流通的风扇等外设，仪器在内部极小的空间内利用PCBA堆叠实现了空间最大化利用，下面介绍一下内部的堆叠情况，为仪器组装做一下初步介绍。

2、内部结构展示

    先放图片，图片中把各个模块都做了标注，仪器总共使用四块PCB，一张四层板，三张两层板。主控板是四层板1.0mm，传感器板0.8mm，其余两张是1,0mm厚。仪器利用传感器板将三层板子桥接器来。

 

   

 

 传感器板采用两侧半孔设计，可以与其余三张PCB焊接搭桥，将信号与电源连接三层PCB，同时传感器板底部装有WIFI模块，将空间最大化利用。

 

3、组装步骤

1、第一步，物料准备，首先焊接完成四块PCBA。注意焊接完后需要详细测试各个电源是否短路，仔细观察是否有焊接问题，如连锡虚焊等问题，要在组装前解决好，因为后面拆焊会很困难。需要准备的工具以及耗材有洗板水、助焊剂、吸锡带、好用趁手的烙铁、热风”抢“、镊子、胶水、双面胶等。

需要准备的五金件，这些五金件会面会给采购参考。

2、第二部，首先需要组装主控板与传感器板，为了保证传感器板的安装角度正确，先要将风扇控制板的PCBA作为支架辅助焊接，注意不焊接风扇控制板。

     首先要用蓝色箭头、绿色箭头指示的无沉头M2*8螺丝、15mm双通螺柱、4mm螺柱将两个板子连接，再将传感器板搭在上边凹槽处，保证红色箭头处平齐并焊接此处半孔区域，焊接完成后，注意观察焊锡不要突出太多，不然外壳的闪避间隙不够会导致整体安装不到位。

3、第三步，安装电池、2.4GHz、433MHz IPEX天线。

  主控板蓝色箭头指示位置的是2.4GHz天线的焊接区域，黄色为433MHz的天线焊接区域，红色为电池焊接位置，2,4GHz IPEX天线预留长度约4cm，433MHz天线预留长度约8cm（433MHz要穿过风扇控制板接到Lora模块上）。

    WiFi天线焊接好后用镊子将ipex座子插在传感器板下面的WiFi模块上。如箭头指示位置。电池也如下图所示粘贴到主控板上，注意电池不要挨二氧化碳传感器太近，以免影响通风效果。433MHz天线焊接好后先保留，后续安装时可直接穿过风扇控制板。

4、第四步，风扇控制板的组装，风扇采用一款超薄的散热风扇，可以使用PWM控制，风扇采购回来有引出四根线，红色电源线，黑色GND线，蓝色PWM控制线，黄色速度反馈线，速度反馈没有使用，可以直接在风扇根部剪断，风扇其他三根引线预留2cm。

红色箭头指示区为风扇引线焊接点，自上而下依此焊接红黑蓝三根线，并在蓝色箭头处点胶，注意点胶不能过多以免粘住扇叶。

风扇带白色logo的一面向上，侧面出风口不能超过板子边缘，等待胶水干透后即可进行下面焊接。

焊接这里，将电机控制板与传感器板连接。之后将433MHz的IPEX天线穿过风扇下面孔安装到Lora模块上。

5、第五步，焊接甲醛传感器板，这个板上只有一个传感器。只需将焊接引脚剪平避免与Lora模块冲突即可。利用10mm螺柱将甲醛传感器板与风扇控制板连接后即可焊接最后一个半孔区，焊接完成后整个仪器的大致框架就完成了。之后将铝合金外壳的后盖用沉头的螺丝与10mm的螺柱安装好后就如下图的样子了。

 

6、第六步，下载程序并安装前壳，程序下载口设置在Type-C的不使用引脚上，可以在安装外壳后下载调试，也有引出的下载焊盘，使用jlink或者st-link将BOOT程序下载到0x08000000~0X08004000地址，将APP下载到0X08004000地址，注意下载顺序，避免覆盖。BOOT程序包含了涂鸦智能的OTA程序，可以远程升级。

   安装前壳直接将整个组件推进前壳即可。然后将前面板的四颗螺丝锁紧，使用四个平头的M2螺丝，注意不要大力出奇迹...，最后撕去亚克力面板背胶，粘在前面板的凹槽里即可。（前面板没到货，效果图没有）

7、第七步，测试过程不做赘述了，第二个界面有所有传感器的读数，可以看哪里数据不对就是哪里有问题了，同时程序里有JLINK-RTT，可以打开RTT-Viewer查看调试数据，传感器错误会有报错提示。

4、联网的一些事项

1、涂鸦云有自己的SDK方案，移植巨方便，但是要自己申请帐号购买模块，有一点麻烦，倒是不用WiFi也没问题。后面我看一下怎么整理这部分资料。

2、Lora模块是接我自己组的智能家居网络，如果没有主机这个模块没有用，直接放弃不焊接就行。

 

5、外壳与面板下单

直接嘉立创CNC下单就行，该仪器使用的是铝合金CNC，可以使用3D打印，但是质感会差一些，一套外壳估计200元，请自行考虑材质。

6、其他要说的

1、成本较高，下面粗算一下成本，传感器SCD40\SGP41\甲醛传感器共210元，风扇25元，PCBA成本150~200元，五金件成本（没法只要一套）50元，无线模块成本50元，这个可以不要。

2、该仪器硬件完成度较高，软件完成度受限于目前使用的主控程序容量限制完成度较低，比如仪器内搭载了六轴陀螺仪加速度计，可以通过程序实现目前已经商用的”智能立方体“的功能，即可以通过翻转，敲击，旋转控制智能家居，还比如目前没有使用LVGL等GUI，只是使用了基础的刷屏函数，目前切屏时显示效果不好。

3、目前仪器硬件全部开源，所有硬件资料会上传附件，EDA的图只做参考...，软件开源各个传感器的驱动代码、1.0.3版本的HEX文件，完整工程暂时不开源，有想要完整工程的朋友可以私信我，提供个人研究用，但是也会删去涂鸦云相关的”PID‘代码，请自己创建项目后填入到空位就行。

4、这个仪器没有设计开机键（其实是硬件BUG，但由于传感器板桥接IO的数量限制，没法再改了，比较蛋疼），需要插电开机，电池容量为340mah，能够提供3小时左右的工作续航，且仪器使用场景为在室内持续检测甲醛含量，甲醛测试时需要持续运行1~2小时，所以就直接持续连接电源线运行就行，仪器设计有边冲边放功能，无需担心电池安全。

5、一些器件采购的型号，电子器件可以在立创商城，优信电子等地方采购。电池采用的502525电池。