AirCube 空气检测站

AirCube 是一个基于 ESPHome 的 All in One 环境状态监测设备，可以监测各种环境状态，例如温度、湿度、二氧化碳浓度、PM 2.5 浓度、光照强度等，还可以与 Domoticz、Home Assistant 等智能家居系统集成，建立家庭环境数据监测系统。

固件、3D 模型开源地址：https://github.com/ohdarling/AirCube

实物图

数据图表

基于 Home Assistant 的历史数据图表：

CO2 浓度历史数据

光照强度历史数据

功能列表

• 概览页面，可以直观查看各种环境数据的当前数值，例如当前温度、湿度、PM 2.5 以及二氧化碳浓度
• 左右键切换传感器详情界面，可以查看具体细分项数值，例如 PM 1，PM 10 等
• 各项数据的历史趋势数据，通过记录过去 12 小时的数据并通过图表展示环境数据的变化趋势
• 特定传感器的详情数据，例如攀藤 PMS5003 可以同时检测 PM 1.0、PM 2.5、PM 10 浓度，在概览页面无法展示完全，就可以在详情页面展示出来
• 设备信息界面，可以展示当前设备的名称、Wi-Fi 连接情况、运行时间等基础信息
• 数据上报能力，可以通过 MQTT 将数据上报到 Domoticz 或 Home Assistant
• 批量部署能力，通过脚本批量部署设备固件

更新日志

• 2023.03.31
  • 禁用 MQTT 无法连接时自动重启，防止未配置 MQTT Broker 时 AirCube 定时重启
• 2023.03.08
  • 墨水屏在长时间使用后，可能会存在残影现象，建议还是使用 LCD 屏幕
• 2023.02.24
  • 与小米温湿度传感器对比后，BME280 温度校正 -2，湿度 +10
  • 添加重启功能，长按右键 5 秒以上，会重启 AirCube
  • 添加 CO2 传感器校准功能，长按左键 5 秒以上，开启 MH-Z19 或 SenseAir S8 校准功能，校准前请将 AirCube 在室外放置运行 20 分钟以上
  • 使用自定义组件读取 BME280 数据，避免 ESPHome 初始化失败的问题
  • 可以在 GitHub 获取这个版本 AirCube 2023.02.24

目录结构

• 3D_Model - 设备外壳 3D 模型文件，可以通过 FDM 类型 3D 打印机打印

  • AirCube_Back.stl - 后盖
  • AirCube_Eink.stl - 使用 E-ink 屏幕时的外壳模型
  • AirCube_Eink_Stand.stl - 使用 E-ink 屏幕时的屏幕支架
  • AirCube_LCD.stl - 使用 LCD 屏幕时的外壳模型
  • AirCube_LCD_Stand.stl - 使用 LCD 屏幕时的屏幕支架

• Firmware - 基于 ESPHome 的设备固件，因传感器造型可变化，未编译成二进行，可以自行编译

• Hardware - 包含用于制造 PCB 的 Gerber 文件和原理图

PCB

PCB 尺寸为 6cm x 6cm，四角安装孔直径为 2mm。

• PCB 正面为屏幕及触摸按钮安装位置。
• PCB 底面为传感器及 NodeMCU 安装位置，目前版本预留了 IR、433MHz 以及电源接头，但并未使用。

元件选型

图片	类型	型号	价格（元）	说明
	温湿度	BME280 或 SHT31	22	其中 BME280 还额外支持压强检测，同时支持这两种传感器主要是因为它们的引脚顺序相同，可以替换使用。
	颗粒物浓度	攀藤 PMS5003	70	支持 PM 1.0、PM 2.5、PM 10 三种颗粒物浓度检测，以及 PMS5003ST，额外增加了甲醛浓度检测。另外 PMS7003 虽然同样可以使用，但是因为需要额外转接板，不能直接使用 1.25mm 8P 连接线，因此并不推荐。
	二氧化碳浓度	MH-Z19B	120	可以检测 400-5000 ppm 范围的二氧化碳浓度，当然也可以采用 SenseAir S8 传感器，它们的引脚位置和定义都完全一致。
	光照强度	BH1750	4	如果使用光敏电阻还需要额外换算，还是直接采用传感器更简单直接。
	触摸按钮	TTP223	0.3	这个模块触摸感应距离大，可以隔着外壳完成触摸操作，用来切换信息页。
	单片机	NodeMCU-32S	22	直接选用常见的 NodeMCU-32S 开发板，价格便宜，还可以直接给传感器提供 3.3V 供电。
	屏幕	1.54 LCD	20	1.54 寸 SPI 接口 IPS 屏幕：分辨率 240x240，主控 ST7789V。
	屏幕	1.54 E-ink	30	1.54 寸 SPI 接口 E-ink 屏幕：单色屏，只支持黑白，分辨率 200x200。

注：表格中的价格为淘宝上大致价格，随卖家不同价格也会不太相同。

注2：NodeMCU-32S 需要使用 30 PIN 版本。

其他配件

配件	型号	数量	用途
	弯针 5P 2.54mm 母座	2	安装 BME280 以及 BH1750
	3P 2.54mm 母座	2	安装 TTP223 触摸传感器
	15P 2.54mm 母座	2	安装 NodeMCU-32S
	5P 2.54mm 母座	1	安装 MH-Z19B
	4P 2.54mm 母座	1	安装 MH-Z19B
	8P 2.54mm 母座	1	安装 1.54 寸 LCD
	8P 1.25mm 直针座	1	安装 PMS5003
	M2*5 沉头自攻螺丝	8	固定 PCB 以及后盖

焊接

建议母座焊接顺序

1. 5P 弯针 2.54mm 排母
2. 8P 1.25mm 直针座
3. 8P 2.54mm 母座
4. 3Px2 2.54mm 母座
5. 15P 2.54mm 母座
6. 5P 及 4P 2.54mm 母座

其中 BME280 预留位置为 6P，使用弯 5P 母座时，请使用下侧 5P，保留最上针脚留空。

建议参考 立创开源平台 AirCube 项目中的 PCB 来进行焊接。

组装

3D 模型中，外壳和后盖均已预置 M2 螺丝孔，组装时使用 M2*5 自攻螺丝将 PCB 固定在外壳上，再将后盖固定在外壳上即可。

组装顺序

1. 将 3D 打印的屏幕支架安装在 PCB 上
2. 将屏幕安装到排母上，并且 M2 螺丝固定在屏幕支架上
3. 将 2 个触摸传感器安装在排母上
4. 将 PMS5003 传感器的连接线连接到 1.25mm 针座上
5. 将 NodeMCU-32S 安装在排母上
6. 将 MH-Z19B 安装在排母上
7. 将 BH1750 安装在排母上
8. 将 PCB 放进外壳中（可以倾斜着放进去），使用 M2 螺丝固定
9. 将 PMS5003 固定在后盖上，有必要可以使用双面胶固定
10. 将后盖使用 M2 螺丝固定在外壳上
11. 将 BME280 在侧面安装在排母上

注意，BME280 预设安装位置为外壳外部，因此需要将其他部件安装完成，装入外壳固定好后，再从侧面将 BME280 插入 5P 母座。

另外，BH1750 的开孔是朝上的，如果需要避免积灰，可以使用透明胶带盖住。

编译和烧录固件

Firmware 目录中已经提供了 build.sh 脚本用于快速编译及烧录固件，需要本地安装乐鑫 esptool.py，另外 build.sh 还接受以下参数用于定制可替换部分元件型号或上报数据参数：

• DP - 屏幕类型，st7789v 或 eink，默认 st7789v
• CO2 - 二氧化碳传感器型号，mhz19 或 s8，默认 mhz19
• TEMP - 温湿度传感器型号，bme280 或 sht31，默认 bme280
• DOMOTICZ - 是否启用 Domoticz 支持，enable 或 disable，默认 disable
• ROOM - 当前节点所处房间名称，需要英文字符，例如 livingroom
• IP - 当前节点 IP，建议使用固定 IP，便于后续 OTA 更新固件
• IDX_BH1750，IDX_PM25，IDX_CO2，IDX_TEMP，IDX_PRESSURE，IDX_HOCO - Domoticz 中对应传感器的设备 ID

另外，如果设置了 IDX_HOCO，将会将 PM 2.5 传感器类型设置为 PMS5003ST。

另外，build.sh 还提供了 upload 参数，可以在编译完成后马上烧录固件。

如果所有传感器类型与默认一致，可以直接使用以下命令编译及烧录固件，注意，需要提前将 NodeMCU-32S 连接到电脑上：

./build.sh upload

如果需要定制传感器型号，例如将温湿度传感器替换为 sht31，可以使用以下命令：

TEMP=sht31 ./build.sh upload

焊接及组装

建议参考 PCB 来进行焊接和组装，其中 BH1750 和 BME280 传感器建议使用 2.54 弯针排母。

3D 模型中，外壳和后盖均已预置 M2 螺丝孔，组装时使用 M2*5 自攻螺丝将 PCB 固定在外壳上，再将后盖固定在外壳上即可。

已知问题

• 温湿度传感器靠近主体，ESP32 主控发热比较大，会影响温度和湿度采集结果，需要与其他传感器对比校准一下

为什么会有这个项目

可以参考这篇文章 超简单 DIY - AirCube 空气检测站。