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1、全新的交互和界面
2、流畅支持超过3w器件或10w焊盘的设计规模，支持面板和外壳设计
3、更严谨的设计约束，更规范的流程
4、面向企业、更专业的用户
描述
## 一、项目要求
### **基于梁山派的无线手持环境检测仪的设计**
#### 1.背景
我国目前的产业地区分布地域辽阔，地形复杂，导致工矿企业和乡镇企业分布很广，这给环境监测人员的监测工作带来很多的不便，环境监测人员不可能将大型的实验室检测设备运送至各处。尤其相当量的乡镇企业已经蓬勃兴起，但许多乡镇还没有具备检测的能力，在预防和治理的过程中有着很大的不便和患。便携式检测仪器的使用不仅可以减少环境式样在传输过程中的污染问题，减少样品固定和保存的繁杂手续，而且可以大大减少检测人员的工作量，实时掌握环境等动态变化趋势，从而尽可能地将潜在的风险降至低。因此需要设计一款基于梁山派的无线手持环境检测仪。
### 2.设计要求与指标
##### 技术要求
1.温湿度传感器：用于检测温湿度数据；
2.气压传感器：用于检测大气压数据；
3.有害气体传感器：用于检测有害气体等 数据；
4.屏幕：用于实时显示采集到的设备；
5.无线通信：用于将数据发送至接收设备使用；
6.手持：小巧、使用电池，脱离供电线的困扰；
##### 技术指标
1.测量温湿度、气压、有害气体等数据；
2.屏幕通过LVGL开源GUI库实时显示测量结果；
3.使用电池可以放电充电；
4.无线通信方式二选一：1.实现NBIOT将数据传输到云端；
## 二、硬件设计
#### **1.充电升压电路设计**
##### 1.1充电升压芯片介绍
根据项目需求，我们需要设计一个小巧、使用电池的环境仪。而使用电池就要考虑到充电与放电。本案例采用的是TP5400 锂电池充电和升压控制芯片。
TP5400 为一款移动电源专用的单节锂离子电池充
电器和恒定 5V 升压控制器，充电部分集高精度电压和
充电电流调节器、预充、充电状态指示和充电截止等功
能于一体， 可以输出最大 1A 充电电流。而升压电路采
用CMOS 工艺制造的空载电流极低的 VFM 开关型
DC/DC 升压转换器。其具有极低的空载功耗（小于
10uA），且升压输出驱动电流能力能达到 1A。无需外
部按键，可以即插即用。
##### 1.2 应用电路设计
各引脚说明
VOUT（引脚 1）：输出电压检测引脚。 连接升压 5V 输出端。
CHRG（引脚 2）：充电中漏极开路输出的充电状态指示端。当充电器向电池充电时，CHRG 管脚被内部开关拉到低电平，表示充电正在进行；否则 CHRG 管脚处于高阻态。
PROG（引脚 3）：充电电流设定、充电电流监控和停机引脚。在该引脚与地之间连接一 个精度为 1%的电阻器 Rprog可以设定充电电流(典型电路中的1.1K则设置为1000mA的充电电流)。当在恒定电流模式下进行充电时，引 脚的电压被维持在1V。PROG 引脚还可用来关断充电器。将设定电阻器与地断接，内部一个 2.5μA 电流将 PROG 引脚拉至高电平。当该引脚的电压达到 2.7V 的停机门限电压时，充电器进入停机模式，充电停止且输入电源电流降至 40μA。重新将Rprog与地相连将使充电器恢复正常操作状态。
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TDBY （引脚 4）：电池充电完成指示端。 当电池充电完成时 STDBY 被内部开关拉到低电平，表示充电完成。除此之外， STDBY 管脚将处于高阻态。
VCC（引脚 5）：充电器输入电源电压。充电输入电源引脚。典型值 5V，并应通过至少 一个 10μF 电容器进行旁路。当 VCC 降至 BAT 引脚电压的 30mV 以内，TP5400 充电部分进入停机模式。
BAT（引脚 6）：充电电流输出。该引脚向电池提供充电电流并将最终浮充电压调节至4.2V。该引脚的一个精准内部电阻分压器设定浮充电压，在停机模式中，该内部电阻分压器断开，升压模式下内部工作电源。
GND（引脚 7）：地
LX（引脚 8）:升压电路内部功率管输出端。
根据参考电路，得出以下应用电路：
电池电压为 BAT+，Type-C充电电压为VCCIN，VOUT为5V输出电压。
根据参考电路，得出以下应用电路： 电池电压为 BAT+，Type-C充电电压为VCCIN，VOUT为5V输出电压。
该电路是整个设备的供电部分，所以该用电容的地方，建议都不要省。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，充电的时候点亮一个灯（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. 温湿度传感器设计**
##### 2.1 温湿度传感器介绍
温湿度传感器是用于测量环境温度和相对湿度的设备。它通常由传感元件、信号处理电路和输出接口组成。传感元件常用的技术包括热敏电阻、电容式湿度传感器、半导体传感器等。热敏电阻是基于材料的温度敏感性来测量温度的，而电容式湿度传感器则利用湿度与电容之间的关系进行测量。半导体传感器既可以测量温度，又可以测量湿度，是一种多功能传感器。
信号处理电路用于将传感元件获取的信号进行放大、滤波、线性化等处理，确保传感器输出的准确和稳定性。
输出接口可以是模拟信号接口或数字信号接口，用于将传感器测量的温湿度数据传输给其他设备进行进一步处理或显示。
本案例采用的是AHT21温湿度传感器。AHT21作为新一代温湿度传感器，在尺寸与性能方面建立了新的标准：它嵌入了适于回流焊的双列扁平无引脚SMD封装，底面3x3mm ，高度0.8 mm。传感器输出经过标定的数字信号，标准 I2C 格式。
##### 2.2 应用电路设计
参照数据手册中的典型电路，得出以下我们实际使用的应用电路。使用开发板的PD3作为IIC接口的SCL接口，PD6作为IIC接口的SDA接口。
#### **3. 气压传感器设计**
##### 3.1 气压传感器介绍
气压传感器是一种用于测量大气压力的设备。它通过传感元件将大气压力转化为电信号，并经过信号处理电路进行放大、滤波和线性化处理，最终输出与气压相关的数字或模拟信号。
传感元件常用的技术包括压阻式传感器（如压电传感器和电阻式传感器）、半导体式传感器和电容式传感器等。
压阻式传感器：压电传感器基于压电效应，当外加压力变化时会产生电荷或电压变化；电阻式传感器则基于金属材料的电阻值与受到的压力之间的关系。这两种传感器通过测量电荷或电阻值的变化来间接测量气压。
半导体式传感器：半导体式传感器利用半导体材料的电阻与温度和压力之间的关系。当外界气压变化时，半导体材料的电阻值会发生变化，通过测量电阻的变化来判断气压。
电容式传感器：电容式传感器利用电容与间隙大小和介质介电常数之间的关系，通过测量电容的变化来推断气压的变化。它可以直接测量气压，精度较高。
气压传感器广泛应用于气象观测、气候研究、空气质量监测、飞行器导航和高度测量、气压控制系统等领域。
它们能够提供实时和精确的气压数据，帮助人们了解和预测气象变化以及实现精确的高度测量和控制。
本案例采用的是数字防水气压传感器 WF183D。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。
主要特点
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
其他说明
产品出厂前已完成压力温度校准，可以即插即用，无需客户再生产校准。
并且采用UART通信，对MCU要求更低，降低客户整机成本。
WF183D 防水等级达到I P65 ，满足大部分防水产品要求。
#### **4. 有害气体传感器设计**
##### 4.1 有害气体传感器介绍
传感器的工作电压在3V，而我们的电压只有5V与3.3V，可以在传感器的VCC引脚处串联一个肖特基二极管。普通二极管的电压压降在0.6V-1.7V之间，而肖特基二极管的电压降通常在0.15V-0.45V之间。气体传感器采用的也是IIC接口，我们知道IIC协议是允许多个设备共用一条IIC总线的，只是需要多个设备的设备地址不同。这里的IIC接口，连接的是温湿度传感器的IIC接口，这两者传感器的器件地址并不相同，因此可以直接使用同一个IIC接口。
实际应用电路如下：
#### **5. 电量测量设计**
电池的最大电压为4.2V，最小工作电压3.2V（要根据具体情况确定）。
最小工作电压要根据具体情况确定，可能3.4V就无法工作了
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。
这里通过电阻分压的形式测量ADC，因为IO口最大可以兼容5V，超过5V就会把IO口烧坏，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。
##### 6. 屏幕接口设计
6.1 屏幕介绍
屏幕采用了SPI通讯的240*280像素的1.69寸IPS高清圆角屏幕。 1.69寸屏幕是一种常见的小尺寸显示屏，它指的是屏幕的对角线尺寸为1.69英寸（约4.29厘米）。尽管它相对较小，但在某些应用领域中仍然具有广泛的用途和功能。该屏幕因为单位像素密度更高(总像素/尺寸)，所以显示画质更精细，并且控制IO少，外围电路也相对简单。
6.2 应用电路设计
____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)。____
#### _**7.NBIOT模块**_
NBIOT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，适用于物联网设备和应用。
本次使用的是EC-01F。EC-01F 是安信可科技开发的一款 NBIOT 模组。其中 NB 部分采用的主芯片方案为 EC616S。该 芯片具备超高集成度的 NB-IoT SoC、支持超低功耗、完全支持 3GPP Rel14 NB-IoT 标准， 是一款超高性价比的 NB-IoT 芯片。
## 三、实物展示
## 四、演示视频
设计图
原理图
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PCB
（
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