强力の温湿度计

大幅优化自动连接和手动重连的稳定性，现在几乎不会有连接失败的情况。

***使用BLE蓝牙除了需要允许APP使用蓝牙权限外，还需要打开位置功能，这是BLE蓝牙协议的强制性要求。

***本系统无互联网访问功能，且提供设备和APP的所有源码。

 

附件内容:

APP安装包（安卓手机）

APP源码（安卓STUDIO）

MCU源码（STM32HAL库）

物料价格明细

CNC下单文件（STEP）

1.05版本

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	物理量	传感器	主要功能有效范围	最大误差
环境传感器	相对湿度	SHT45 （2只湿度结果平均，未密封，本体防水）	相对湿度 1-100%	1.8% RH
	温度	TMP117,SHT45	温度 -10-70 °C	TMP117:0.1 °C SHT45:0.2 °C
	气压	BMP585（标称高精度，未密封，本体防水）	绝对气压900-1200HA	0.6HPA
	照度	OPT4048	0.05-140000 LUX	X
	色温	OPT4048（XYZ色温计算）	X	X
系统附属传感器	电池电量，电压，电流	BQ27421 （自带检流电阻,无需BQSTUDIO可直接全程用MCU操作的阻抗跟踪法电量计）	电量1-100%	3%
时钟（打开APP后会自动同步手机时间）	时间	RTC8900（4UA运行电流，独立运行）	X	离线精度：3PPM
陀螺仪	加速度，角度	LIS2DW	X	X

 

特性：

• 不到半个烟盒大小。
• 持续运行时间大于35天（1000MAH电池，10秒唤醒更新一次显示内容）
• 全密封，磁吸充电，预计可在水下工作（非典型场景）
• 无按键，由陀螺仪控制显示方向，敲击或猛摇唤醒。
• 手机APP蓝牙配置。
• 可查看实时和历史波形，32K铁电存储器，近似无限存储寿命
• 搭载BQ27421电量计，可监测电池健康状态和电量。
• 嘉立创10元包邮的吸恩吸外壳
• 嘉立创免费包邮的亚克力面板（现在似乎不免费了，自费大概40块钱以内）

 

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复刻注意事项：

PCB设计厚度1毫米，厚度可以减小然后加垫片安装，但不可以增大。

PCB有部分BUG,已在电路图处标注，我手上的这一台用飞线解决了这些问题，有时间更新。如果需要的人多我会重新布线为0603阻容版本，不过这个设备的PCB很简单，基本上把原理图上的线连上去就不会有问题。

CNC外壳发现BUG，屏没法完全浮动到顶部。

电池应该尽量减少上下缓冲垫的厚度，比如用0.15毫米厚度的双面胶贴在两面就行了。这个外壳改过一版，第一版是用的老版PCB的底图做的，所以螺丝孔对不上。公布的这一版则屏框太小了，不能套住屏，只能把屏压在下面。由于我是用AUTOCAD画的三维图再转STEP，原文件被删掉了，STEP我不会改，重画很麻烦，所以CNC件短时间内不会更新了。

 

APP与设备的通信已测试基本功能的稳定性。不排除还有恶性BUG。

 

 

 

 

  U158是一个接地弹簧顶针，用来将开关式DCDC的辐射噪声导入GND，有可能不会起作用。因为整个系统的ADC都是14-16位，本身不太能分辨出小电流DCDC的各种噪声。所以可以去掉，这个东西是16-15买的，正常价好像要两三块钱一个。

 

 

下面是蓝牙模块的一个特殊说明。建议复刻的用这个电路替换这个工程里现有的蓝牙电路。可以省个高侧开关器件，并且节省MCU代码资源。

 

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堆叠示意：

 

 

 

 

 

 

设备界面：

 

 

 

 

APP操作简介：

首次使用时APP会寻找设备，要半分钟左右，后面就可以快速连上并同步了。

连上APP后设备会自动校准时间。

***以下的X秒都可以用手机设置，或者代码里定义初始值

设备静置超过X秒后进入0.7毫安休眠状态，屏幕保持上一次的更新值显示。每X秒会自动唤醒到5毫安状态约0.2秒,在更新传感器值和时间后再次休眠。

敲击或摇晃设备会让设备进入X秒唤醒状态。再敲或摇则增加运动次数X倍的时间，直到倒计时为0则进入休眠状态。

连接蓝牙自动唤醒设备，为了防止异常操作耗电，300秒后设备会主动断开，需要重连。

连接充电器后持续唤醒，并显示电流和电压，断开后休眠并隐藏充电信息。

旋转设备会使屏幕跟着转。

 

电量计未完成初次学习前，APP的电量框显示为红色（显示为白色只代表完成了初步学习，不算完整的学习）。

电量计检测到电池健康状态低于85%，APP的电量框显示为红色。

 

 

打开APP后设备会先同步时间和历史记录，然后同步实时测量值。

历史记录最多2046条，蓝牙是115200波特率，传输能力有限，所以数据多的时候刚开启APP会很卡，实时数据可能要过一会才更新。

 

 

 

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点“清空记录”按钮会使铁电存储器里的所有数据被清除，铁电存储器本身寿命接近无限，可以随便读写。

 

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视频基于旧版APP和旧版设备软件录制，大体操作逻辑相同，新版只是优化了稳定性和流畅性，然后界面做了小幅度调整。

强力型温湿度计APP操作演示_哔哩哔哩_bilibili

 

 

 

 

 

 

 

 

设备实物：

 

 

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备注

 

STM32L031G6U6单片机，HAL库 裸机

程序存储快炸了，已经用了95%，想扩展功能要删掉一些代码，总的来说用这个低功耗MCU带这个屏不是特别好的选择，运行内存只有8K，这个屏要吃掉4K。存储只有32K，现在优化字符后也用掉了31K。

可能用U系列更合适，当然U系列一只单片机十几块钱，而这个只要3+1块钱包邮，根据自已需求来。HAL库代码在CUBEMX里改下引脚就可以复用到任意STM系列32位单片机。

两只SHT45

之所以用了两只温湿度传感器，是因为我买物料的时候这个东西没货了，只在立创SMT还有货，而SMT一次最少贴两片，所以我贴了两片，然后移到了一片板上来使用。平均后能获得更高的湿度精度，湿度也是较难测准的量。

另外还有一个发现是这个东西的温度精度其实很在线，两个SHT45跟绝对精度0.1度的TMP117多数时候同一时间相差小于0.05度，或者不要TMP117而是直接使用这个做温度测量也是个不错的选择。

BQ27421电量计

最近有两个DIY项目用到了电量计，需要低功耗同时要有较高精度，所以用ADC直测电压估算法是不可行的。找了很多型号，要么天价，比如MAX17260，要么必须用BQSTUDIO和EV2400配置，虽然EV2400的山寨版只要几十块钱，但是总感觉很恶心人。这个是不多的不用专用设备配置且价格精度都还行的电量计，直接用MCU就可以操作。当然也有缺点，由于尺寸非常小，并且是内部集成的检流电阻，它只能容忍最大2A的电流，好处是占用也非常小，使用0402的阻容只占用4X4MM的实际面积。

电量计复用注意！！！不管要改什么参数，必须修改设计容量才能刷新信息。比如你是4000毫安时电池，第一次设4000毫安时后电量计的所有配置就会被固定，如果想要修改电量计的其它配置，比如截止电压，必须把设计容量修改才能写入，比如改成3999MAH，然后改你想要修改的参数，这样就能更新电量计配置了。否则会被判断为不需要更新电量计参数。这是为了避免调试其它功能的时候每次都刷新电量计配置，导致学习到的电池参数被复位。

电量计学习方法：在2.8V电源上飞根线，再在GND上飞根线，把这两根线连在一个15-20欧姆电阻上，放电，放空了静置2小时以上，再充满，再静置2小时以上，再放空，一般做完一到两个完整充放循环即可。没有学习成功的话屏上会显示一个LN...，直到这个LN...消失了，才算完全学习过。

TPS62745

之所使用了开关式DCDC来提供2.2V给1.8V的LDO用，是为了尽量节能。

电池是满电4.2V的，设定在3.1V左右关断所有电源只保留4UA用来给RTC供电，保护板要到2.5V才保护。

主要功耗源是1.8V数字电源，如果直接使用LDO，将有50%左右的电能会被浪费掉，另外就是多数芯片在更高电压下本身的电流消耗也会更大，却不会有任何功能性提升，实际续航会减少很多。这个DCDC只需要一只微型电感，还有输入输出电容，能在极小的占用面积下显著提高续航时间。由于这里的传感器内部的ADC普遍在14-16位的水平，根据经验使用这种超小功率DCDC时，干扰可以忽略。

背光

因为是第一次用这种全反射屏，一开始以为可以通过背光来让它在晚上也可见，但是测试下来发现背光会穿透图像，反而更看不清了，所以背光需要去掉。实测在3LUX的较暗情况下依然可见，在极端无光比如晚上关灯后会看不清，这是屏的特性，没有办法，用别的屏做不到这个功耗，用墨水屏则刷新率太低，高刷的一个屏几百块，也不现实。

分离电源设计和手工焊接不便的0402阻容

如上节DCDC部分所述，为了降低功耗，另外还有就是使用的大部分传感器的手册标称最佳电压都在1.8V，所以使用了一个1.8V的电源供电，另外屏、铁电存储器最低只支持2.7V以上供电，以及一开始设计的白色背光LED也只支持2.4V以上供电（蓝基LED的特性），所以单独使用了一个2.8V的电源。

由于我当时抽到了一张免费SMT券，并且我非常想要的SHT45在当时只有SMT仓库有货，所以用了SMT加工，因此大部分阻容使用的是0402，对于手工焊接来说可能很费劲。

如果不追求极致省电，同时想要简化电源和布局结构，最好的办法是使用一只2.7V-2.8V的电源给所有器件供电，同时依然可以保留TPS62745，用它提供LDO的电源，比输出高0.3V就行，比如3.1V，这样做依然能比直接LDO供电增加可观的续航。其中RTC的备用电源可以直接去掉，备用供电引脚短接到VDD。

由于只有一个电源连接到现有的VDD电源层，布局将极大简化，所有电源不需要拉线，直接打个孔到VDD层，全部使用可手工焊接0603器件也可以轻松完成兼容现有外壳的布局。

主温度传感器选TMP117而不是更强のTMP119

这里的传感器基本选的都是市面上最高精度水平的。其中SHT45铁氟龙版和BMP585需要直接和外部空气接触，选的防水优化型号，个别参数不算最高(瑞萨某个似乎是先研发了手册后研发产品的湿度传感器个别参数比SHT45高，SHT75也更高，但是只是优化了温度精度，湿度精度没有变化 。还有BMP581个别参数比BMP585高)。

之所以没有选更强的TMP119（0.03度典型误差，0.08度最大误差），是因为TMP119是微型封装，只能用HDI板或FPC做，FR4不管是沉金还是喷锡的都不行。其中HDI非常贵，好像立创也不做，FPC则需要有6层板资质才能免费，否则要150块钱一块板。考虑到这是一个非常简单的项目，潜在的复刻对象不一定有6层板名额，且提升确实很难察觉，所以用了TMP117（0.05度典型误差，0.1度最大误差）。

另外TMP117的布局优化倾向是是高热惯性，这种布局可以强烈的抑制热干扰。代价是反应变慢。一个很简单的测试方法是用手摸传感器，环境温度18度，10秒后升温到25度，继续摸变化也不大。而类似体积的传感器比如NTC，在18度环境下用手摸，一般会在5秒内快速到达35度左右（受手的正常温度和漏热影响，非37度）。

另外就是当铝壳装上后，TMP117会通过裸露的铜皮区域接触到铝壳，进一步增加热惯性，使得多数时候都能准确的测量环境温度。

用单面板类特征的免费CNC名额制作完整的外壳

虽然嘉立创明确要求只有单面特征的板类零件才免费，并且限加工时间要少于某个值，具体未知。但是从实际角度考虑，这种工艺限制下依然可以制作出外壳。

因为免费的总尺寸是80X80X8毫米，对于小型设备完全够用。另外加5-20块钱可选更大的尺寸。受CNC工艺的开机成本限制，类似零件去淘宝起步100-150块一件。

至于加工限时，可以从备选刀具参数方面优化。已知铣床是通过一个钻头一点点刮掉多余的材料，而单位时间内刮除的量和允许移动的量跟钻头大小强烈相关，太小的钻头移动要是很快会断掉。假设转速恒定，越大的钻头可以用越高的速度移动，并且每转一圈刮掉的材料也越多，也就是钻头越大越省时间。

所以，把三维图形的所有内R角做得越大，就可以在越短的时间内完成加工。同时，尽量减少不必要的转折点，让三维图形呈现出规则的内部空间，比如带R角的方形、全圆形结构，而不要是奇形怪状的结构。我的改图经验是，对于免费的最大尺寸80X80X8，把内R角做到4毫米以上半径（对应8毫米的钻头，这么大钻头挖空这个小板可能十几秒就够了），基本就能稳定获得免费名额了。

还有一个问题是换钻头时间。由于价格很明显，虽然大概率是用的效率很高的自动换刀，但是仍然有优化的必要。如果你的型腔加工完需要一把8毫米的钻头加一把2毫米的钻头加工细节，那意味着会多一步换刀的动作，动作本身可能是几秒钟，但是备刀也有各种成本。所以要尽量减少换刀次数。另外如前一条所述，越大的钻头挖得越快，要尽量减少必须由小钻头完成的区域，确保大部分区域可以由大钻头完成。我的经验是：两次换刀基本都能免费，比如我现在开源的底座部分，就需要一把8毫米加一把小钻头来精修（打孔部分可能用的是精修的钻头，如果不是那就是三把）。尽量让内部型腔由一到两把刀就能全部加工完成基本就能稳定免费。