基于ESP32的多功能環(huán)境感知與信號測試神器

Tinycorder：打造你的多功能環(huán)境感知與信號測試神器

在科幻電視劇《星際迷航》中，三錄儀（Tricorder）是一種多功能的便攜式設(shè)備，能夠感知環(huán)境、分析物質(zhì)成分、甚至進行醫(yī)療診斷。如今，這種看似只存在于科幻中的設(shè)備，正在逐漸走進現(xiàn)實。今天，我將為大家介紹一個非常有趣的 DIY 項目——Tinycorder。這是一個小巧的多功能設(shè)備，旨在向《星際迷航》中的三錄儀致敬。它不僅可以感知環(huán)境，還能測試電氣信號，甚至可以作為一個電子徽章使用。

項目簡介

Tinycorder 是一個由 SirGalaxy 在 Instructables 上分享的項目，它集成了多種傳感器，能夠測量光照、空氣質(zhì)量、溫度、濕度和氣壓等多種環(huán)境參數(shù)。此外，它還可以作為一個簡單的信號測試儀，測量模擬信號。這個設(shè)備小巧輕便（75x85x10mm，重量僅 70 克），并且功耗極低，非常適合日常攜帶和使用。

主要功能

Tinycorder 的主要功能包括：

1. 環(huán)境感知：
   • 光照測量：使用 AS7341 傳感器，能夠測量 7 個可見光和近紅外（NIR）波段的光照強度。
   • 空氣質(zhì)量測量：使用 SCD40 傳感器，能夠測量二氧化碳（CO2）濃度和空氣質(zhì)量。
   • 氣象測量：使用 BMP280 傳感器，能夠測量溫度、濕度和氣壓。
2. 信號測試：
   • 提供兩個前部引腳，可以測量模擬信號，類似于簡單的示波器功能。
3. 顯示與交互：
   • 配備一塊 400x240 像素的 Sharp Memory Display，功耗極低，適合長時間使用。
   • 提供一個電源開關(guān)和三個按鈕（上、下、確認(rèn)），用于用戶交互。
4. 便攜性：
   • 設(shè)備小巧輕便，配備掛繩孔，可以掛在脖子上或手上，方便攜帶。

所需材料

在開始制作之前，我們需要準(zhǔn)備以下材料和工具：

電子元件

1. Seeed Studio XIAO ESP32C3 微控制器：作為設(shè)備的核心處理單元。
2. 150mAh 鋰電池：為設(shè)備供電。
3. 電源開關(guān)和 3 個按鈕：用于控制設(shè)備的開關(guān)和用戶交互。
4. Sharp Memory Display 400x240px：低功耗的顯示屏，用于顯示測量數(shù)據(jù)。
5. AS7341 光照傳感器：用于測量 7 個可見光和近紅外波段的光照強度。
6. SCD40 空氣質(zhì)量傳感器：用于測量 CO2 濃度和空氣質(zhì)量。
7. BMP280 氣象傳感器：用于測量溫度、濕度和氣壓。
8. 2 個引腳頭：用于測量模擬信號。
   

3D 打印材料

• PLA 耗材：用于打印設(shè)備的外殼。
• 3D 打印機：用于打印設(shè)備的上下外殼。

其他材料

• 熱熔膠：用于固定傳感器和電線。
• 螺絲和螺母（M3x10）：用于連接上下外殼。

制作步驟

步驟 1：連接 Perfboard 和顯示屏

首先，我們需要將 Perfboard 和顯示屏連接在一起。根據(jù)提供的原理圖進行焊接或使用熱熔膠固定。注意，某些元件可能不在 Fritzing 庫中，因此實際連接可能與原理圖略有不同。務(wù)必仔細(xì)閱讀原理圖中的注釋。

步驟 2：連接所有傳感器和顯示屏

1. 顯示屏：使用 3 個引腳連接 SPI 接口。
2. 傳感器：使用 2 個引腳連接 I2C 接口。
3. 按鈕：連接 3 個按鈕（上、下、確認(rèn)）。
4. 模擬信號引腳：將兩個引腳連接到前部的引腳頭上，用于測量模擬信號。
5. 焊接 XIAO ESP32C3：將 XIAO ESP32C3 焊接到 Perfboard 上，注意對齊孔位。XIAO ESP32C3 的底部有兩個焊盤，用于連接電池，需要在底部焊接。
   

步驟 3：在底部粘貼傳感器和電線

將傳感器和電線粘貼到底部，確保所有元件固定牢固。參考圖片進行操作，確保傳感器和電線不會松動。

步驟 4：在前部粘貼電池

將鋰電池粘貼到設(shè)備的前部，確保電池固定牢固。可以使用熱熔膠進行固定。

步驟 5：連接上下外殼

使用 M3x10 螺絲和螺母將上下外殼連接在一起。在設(shè)計外殼時，我進行了多次迭代以確保所有組件都能完美適配。如果你已經(jīng)設(shè)計好外殼，建議先打印外殼，然后根據(jù)外殼的尺寸調(diào)整電子元件的位置，最后進行粘貼。我的設(shè)計中包含了一個用于手腕帶的孔，顏色與 PLA 一致，看起來非常協(xié)調(diào)。

步驟 6：完成設(shè)備

目前，Tinycorder 的代碼仍在開發(fā)中。主要功能（如主菜單、徽章模式和光譜儀）已經(jīng)完成，但其他功能仍在建設(shè)中。下一步計劃包括：

1. 優(yōu)化代碼：完善主菜單和其他功能。
2. 監(jiān)控電池電壓：通過指示燈顯示電池電量。
3. 添加蜂鳴器：用于提醒和報警功能。
4. 增加測試功能：如示波器功能。
5. 新增功能：根據(jù)需求不斷添加新功能。
   

代碼示例

以下是 Tinycorder 的部分代碼示例，展示了如何初始化傳感器和顯示數(shù)據(jù)：

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Adafruit_SCD4X.h>
#include <Adafruit_BMP280.h>
#include <Adafruit_AS7341.h>

#define SCREEN_WIDTH 400
#define SCREEN_HEIGHT 240
#define OLED_RESET -1

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
Adafruit_SCD4X scd4x;
Adafruit_BMP280 bmp280;
Adafruit_AS7341 as7341;

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // Initialize display
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for (;;);
  }
  display.clearDisplay();

  // Initialize SCD4X
  if (!scd4x.begin()) {
    Serial.println("SCD4X sensor not found");
    while (1);
  }

  // Initialize BMP280
  if (!bmp280.begin()) {
    Serial.println("BMP280 sensor not found");
    while (1);
  }

  // Initialize AS7341
  if (!as7341.begin()) {
    Serial.println("AS7341 sensor not found");
    while (1);
  }

  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(0, 10);
  display.println("Tinycorder");
  display.display();
}

void loop() {
  // Read SCD4X data
  float co2 = scd4x.readCO2();
  float temp = scd4x.readTemperature();
  float humidity = scd4x.readHumidity();

  // Read BMP280 data
  float pressure = bmp280.readPressure() / 100.0;

  // Read AS7341 data
  uint16_t channels[7];
  as7341.getChannels(channels);

  // Display data
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.print("CO2: ");
  display.print(co2);
  display.print(" ppm");
  display.setCursor(0, 10);
  display.print("Temp: ");
  display.print(temp);
  display.print(" C");
  display.setCursor(0, 20);
  display.print("Humidity: ");
  display.print(humidity);
  display.print(" %");
  display.setCursor(0, 30);
  display.print("Pressure: ");
  display.print(pressure);
  display.print(" hPa");
  display.setCursor(0, 40);
  display.print("Light: ");
  for (int i = 0; i < 7; i++) {
    display.print(channels[i]);
    display.print(" ");
  }
  display.display();

  delay(1000);
}

測試與使用

測試步驟

1. 連接電源：使用 Micro USB 數(shù)據(jù)線為 Tinycorder 供電。
2. 檢查顯示屏：確保顯示屏能夠正常顯示數(shù)據(jù)。
3. 測試傳感器：檢查各個傳感器是否能夠正常工作，顯示正確的數(shù)據(jù)。
4. 測試按鈕：確保按鈕能夠正常響應(yīng)，實現(xiàn)用戶交互功能。

使用建議

• 日常攜帶：由于 Tinycorder 小巧輕便，可以方便地掛在脖子上或手上，適合日常攜帶。
• 環(huán)境監(jiān)測：使用 Tinycorder 監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，如空氣質(zhì)量、溫度和濕度。
• 信號測試：使用前部的引腳頭測量模擬信號，進行簡單的電氣測試。

項目擴展

Tinycorder 的設(shè)計和功能仍在不斷完善中，以下是一些擴展建議：

1. 優(yōu)化代碼：進一步優(yōu)化代碼，完善更多功能，如示波器模式。
2. 添加蜂鳴器：添加蜂鳴器，用于提醒和報警功能。
3. 監(jiān)控電池電壓：通過指示燈顯示電池電量，及時提醒用戶充電。
4. 美化外殼：使用噴漆或貼紙美化 3D 打印的外殼，使其更加美觀。
5. 新增功能：根據(jù)需求不斷添加新功能，如藍(lán)牙傳輸、數(shù)據(jù)記錄等。

總結(jié)

Tinycorder 是一個非常有趣且實用的 DIY 項目，它不僅能夠讓你親手制作一個多功能的環(huán)境感知和信號測試設(shè)備，還能讓你學(xué)習(xí)到 3D 打印、電子電路搭建和 Arduino 編程的基礎(chǔ)知識。通過這個項目，你可以實現(xiàn)對多種環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，并通過低功耗的顯示屏清晰地顯示數(shù)據(jù)。更重要的是，你可以根據(jù)自己的需求對項目進行擴展和定制，讓它成為你獨一無二的多功能設(shè)備。

希望這篇文章能夠激發(fā)你的創(chuàng)造力，讓你動手制作屬于自己的 Tinycorder。如果你在制作過程中遇到任何問題，歡迎在評論區(qū)留言，我會盡力為你解答。如果你已經(jīng)完成了這個項目，也歡迎在評論區(qū)分享你的作品，讓我們一起交流和學(xué)習(xí)！

希望你喜歡這個項目，并在構(gòu)建過程中找到樂趣！如果你有任何問題或需要幫助，歡迎在評論區(qū)交流。

作者：Svan.

注意：本博文為不得在未經(jīng)本人同意進行轉(zhuǎn)載或者二次創(chuàng)作，違者必究！?。?/p>