環(huán)境傳感在管理空氣質(zhì)量、控制污染、確保工廠安全、檢測有害氣體和支持實驗室監(jiān)測方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。為了有效，此類系統(tǒng)必須具有電池效率高、重量輕、緊湊、多功能且能夠進行實時無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c。雖然大多數(shù)現(xiàn)有解決方案體積龐大，但這種設(shè)計在緊湊的多氣體傳感器模塊中提供了相同的功能。

環(huán)境傳感器旨在記錄每次氣體測量的氣體數(shù)據(jù)、濕度和溫度，并將其導(dǎo)出為 CSV 文件。它包括一個睡眠模式選項，允許用戶設(shè)置設(shè)備睡眠和喚醒的時間間隔以收集數(shù)據(jù)，從而提高電池效率。

該設(shè)計采用了 BME690 （U2） 傳感器，可提供有關(guān)濕度、氣壓、溫度、VOC（揮發(fā)性有機化合物）氣體阻力和估計室內(nèi)空氣質(zhì)量 （IAQ） 指數(shù)的實時數(shù)據(jù)。雖然室內(nèi)空氣質(zhì)量不是很高準確，但它滿足了大多數(shù)環(huán)境監(jiān)測要求。

此外，還集成了 MICS-6814 傳感器，用于測量 CO、NO 等氣體2， 新罕布什爾州3， C3H8， C4H10， CH4， H2和 C2H5哦。

圖1：筆者原型機上傳感器數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)儀表盤

對于物聯(lián)網(wǎng)功能和數(shù)據(jù)處理，使用了一種小巧但功能強大的開發(fā)板，即 IndusBoard Coin?？梢蕴砑覱LED顯示屏，實時顯示基本環(huán)境數(shù)據(jù)。FPC（柔性印刷電路）傳感器模塊旨在與 IndusBoard Coin 生態(tài)系統(tǒng)無縫集成，使其緊湊、可靠且易于使用。圖 1 顯示了原型機上傳感器數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)儀表板。要構(gòu)建此設(shè)備，所需組件將列在物料清單表中。

規(guī)則

首先，為傳感器和顯示器安裝必要的庫。所有庫文件和代碼都可以通過掃描本文底部的二維碼下載。將庫復(fù)制到 Arduino 庫文件夾。在代碼中，根據(jù)需要配置 Wi-Fi SSID 和密碼。默認情況下，Wi-Fi 設(shè)置為接入點 （AP） 模式，但可以將其配置為工作站 （STA） 模式以連接到家庭或辦公室路由器，也可以通過相應(yīng)地調(diào)整代碼來啟用這兩種模式。傳感器數(shù)據(jù)每秒都會在連接的顯示器上實時捕獲和更新。

圖 2：配置 Wi-Fi SSID 和密碼的代碼片段

網(wǎng)頁 UI 儀表板顯示實時數(shù)據(jù)并允許 CSV 錄制和下載。圖 2 顯示了配置 Wi-Fi SSID 和密碼的代碼片段，而圖 3 顯示了實時更新傳感器數(shù)據(jù)的功能。圖 4 顯示了監(jiān)控傳感器的網(wǎng)頁 UI。

圖 3：實時更新傳感器數(shù)據(jù)的代碼片段功能

圖 4：監(jiān)控傳感器的網(wǎng)頁用戶界面

電路圖

圖5為物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控傳感器的電路圖。它圍繞 IndusBoard Coin V2 （U1）、BME690 （U2）、MICS6814 （U3）、GC9A01 LCD （LCD1） 和其他一些組件構(gòu)建。3.3V 或 3.7V 電池為設(shè)備供電。24 針 0.5mm FPC 帶狀電纜互連組件。

圖5：FPC氣體和環(huán)境傳感器模塊電路圖

該定制傳感器模塊旨在輕松與 IndusBoard Coin 集成，但也與其他 ESP 或類似開發(fā)板兼容。氣體和環(huán)境傳感器連接到 I2C 引腳（默認 IndusBoard 引腳 8 和 9），通過 IndusBoard 的 3.3V 引腳供電。LCD 使用引腳 3、4、5 和 6 通過 SPI 連接。詳細的定制傳感器模塊設(shè)計將在本系列的下一部分中介紹。

PCB設(shè)計

FPC氣體和環(huán)境傳感器PCB的底部設(shè)計有焊盤，用于連接顯示器。所有組件都通過 FPC 連接器連接到 IndusBoard Coin V2。傳感器和主要組件放置在頂層，而底層則容納用于顯示器的 FPC 連接器和 SMD 焊盤，如圖 6 所示。

圖6：傳感器的PCB設(shè)計

施工和測試

首先，將源代碼上傳到 IndusBoard。接下來，將小型 24 針 0.5mm FPC 帶狀電纜連接到傳感器模塊。FPC連接器位于模塊背面，如圖7所示。將 FPC 連接器連接到 IndusBoard Coin V2。將顯示線焊接到傳感器模塊底部的 SMD 焊盤上。然后，將 FPC 連接器連接到 IndusBoard Coin 和傳感器模塊。最后，將傳感器模塊放在 IndusBoard Coin 后面，將顯示屏放在 Coin 的頂部（見圖 8）。

圖7：傳感器FPC連接器

圖8：完整原型

為了進行測試，請將 3.3V 或 3.7V 電池連接到設(shè)備。該設(shè)備將開始在 OLED 顯示屏上顯示氣體讀數(shù)。使用前面代碼中設(shè)置的 SSID 和密碼，將筆記本電腦、智能電視或智能手機連接到設(shè)備的 Wi-Fi 接入點 （AP）。打開網(wǎng)絡(luò)瀏覽器并導(dǎo)航至 192.168.4.1 以訪問無線物聯(lián)網(wǎng)儀表板，該儀表板實時顯示所有氣體和環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)。儀表板還提供了用于記錄數(shù)據(jù)并將其保存為 CSV 文件的按鈕。