AirCube 空气检测站 - 嘉立创EDA开源硬件平台

 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](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](https://github.com/ohdarling/AirCube/releases/tag/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](https://oshwhub.com/wandaeda/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](https://xujiwei.com/blog/2022/12/aircube-diy-environment-monitor-station/)。