基于ESP32的环境检测器

1.背景

     随着工业化、城市化的快速发展，环境污染问题逐渐凸显，包括空气污染、水污染、土壤污染等。这些污染问题不仅影响了人们的生产和生活，也对生态系统和生物多样性造成了严重破坏。同时，环境污染还可能导致各种健康问题，如呼吸系统疾病、癌症等，对人们的健康构成威胁。同时随着环境污染问题的日益严重，公众对环境保护的关注度不断提高。人们开始认识到环境保护的重要性，并积极参与环保行动。政府和企业也开始重视环境保护，采取各种措施减少污染排放，推动可持续发展。在这样的背景下，利用ESP32制作环境检测仪具有意义性。

2.设计要求与指标

2.1技术要求

温湿度传感器：用于检测温湿度数据；
空气质量传感器：用于检测气体质量情况；
屏幕：用于实时显示采集到的设备；

2.2技术指标

测量温湿度、气体质量情况；
通过TFT屏幕显示温湿度、气体质量情况；
使用移动电源进行供电；

3.硬件设计说明

3.1 有害气体传感器设计

• 有害气体传感器是一种用于检测和监测环境中存在的有害气体浓度的设备。它们广泛应用于工业安全、室内空气质量监测、环境污染监测等领域。有害气体传感器可以检测和测量多种常见的有害气体，包括但不限于一氧化碳 (CO)、二氧化碳 (CO2)、甲醛(HCHO)、氨气 (NH3)、氢气 (H2)、硫化氢 (H2S)、苯 (C6H6)、氮氧化物 (NOx)、臭氧 (O3) 等。
• 传感器的工作原理因传感器类型和所检测的有害气体而异。常见的传感器技术包括化学传感器、电化学传感器、红外传感器和半导体传感器等。

1.  化学传感器：化学传感器使用特定的化学反应来检测有害气体。传感器中通常含有能与目标气体发生特定反应的感敏层，当目标气体存在时，感敏层的电阻、电容、颜色或光学特性等会发生变化，通过测量这种变化来确定气体浓度。
2. 电化学传感器：电化学传感器基于气体与电极之间的电化学反应来测量气体浓度。传感器中通常含有与目标气体相互作用的电极，当目标气体进入传感器时，会产生电化学反应，并产生特定的电流或电势变化，从而实现测量。
3. 红外传感器：红外传感器利用气体特定的红外吸收特性来检测气体浓度。传感器发射红外辐射进入气体样本，通过测量透射或吸收的红外光来获得目标气体的浓度信息。
4. 半导体传感器：半导体传感器利用半导体材料在目标气体存在时其电学性质发生变化的原理来检测气体浓度。当目标气体进入传感器时，半导体材料表面的电阻或电导率会发生变化，从而测量气体浓度。

有害气体传感器的准确性、响应时间、灵敏度和稳定性是选择传感器时需要考虑的重要因素。根据具体应用需求，传感器可以单独使用或与监测系统相结合，用于及时警报、数据记录和远程监测等。

本案例采用的是AGS10TVOC传感器，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。

 

                                                                                                                         

  实物展示

 

传感器特性

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。

                                                                           

 

应用电路设计

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。

 

                                                                 

 

 

3.2有害气体传感器设计

 

DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有枀高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个 NTC 测温元件。

 

 

实物展示

 

• 应用范围

暖通空调、除湿器、农业、冷链仓储、测试及检测设备、消费品、汽车、自动控制、数据记录器、气象站、家电、湿度调节器、医疗、其他相关湿度检测控制。

• 优点

成本低、长期稳定、相对湿度和温度测量、品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、超长的信号传输距离、数字信号输出、精确校准。

• 引脚说明

1. VDD 供电 3.3～5.5V DC
2. DATA 串行数据，单总线
3. NC 空脚
4. GND 接地，电源负极

• 产品参数

1. 相对湿度

 

 

 

2.温度

 

 

 

3.电气特性

 

 

 

• 典型电路

 

  

• 串行通信说明（单线双向） 

单总线说明 DHT11 器件采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中的 数据交换、控制均由单总线 完成。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个约 4.7kΩ 的上拉电阻，这样，当总线闲置时， 其状态为高电平。由于它们是主从结极，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问器件都必须 严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，器件将不响应主机。

• 应用电路图

  

 

3.3噪声传感器介绍

以咪头来检测声音依此来检测噪声

• 优点

驻极体话筒是一种能将声音信 号转换成电信号的声，电转换器件。它的特点是体积小、重量轻、结构简单、频响宽、灵敏度高、耐振动、价格便宜，因而广泛用于录音机、无线话筒及声控开关等电子装置中。

• 产品参数

• 应用电路设计：

咪头（话筒）的输出电压通常在几毫伏到几百毫伏之间，具体取决于声源声压的大小、拾音距离和咪头的灵敏度等因素。一般情况下，话筒的电压输出为5～10mV。单片机无法检测到只需配合上合适的放大电路，便可以被单片机检测到。实现简易的噪声传感器。

 

（性能比较差，不过性价比高）

3.4TFT显示屏介绍

• 实物及参数

 

• 原理图

 

实物展示

 

注意事项

此TFT屏的驱动为ST7785所以要想正确显示需要改变Arduino IDE的 库函数里的User_Setup.h文件

具体流程可以参考哔哩哔哩视频里伊娃老师的视频https://b23.tv/ueGo1L7（其他视频也非常有帮助！！！）

附件上传

这里包含相关Arduino IDE的程序、演示视频和图片的取模软件供给大家参考（有错误的话，欢迎指正，共同进步）

 链接：https://pan.baidu.com/s/1HvqgOyhtbPCXE9bxXe7tQg?pwd=1111 提取码：1111