步驟1：所需的組件

以下組件列表用于構(gòu)建天氣和空氣質(zhì)量監(jiān)視器。您也可以使用功能相同的組件。

ESP8266 D1 Mini

TFT ILI9341 240x320 SPI接口

鋰電池

鋰電池USB充電模塊

3.3V輸出DC-to-DC模塊

5V輸出DC-to-DC模塊

小型開關(guān)x 2

HDC1080濕度傳感器

BMP180溫度和氣壓傳感器

CCS811 TVOC傳感器

SenseAir S8 CO2傳感器

PM2。 5/PM10紅外傳感器

電路板，自動換線工具和電線

步驟2：構(gòu)建電源電路

1。將鋰電池，電池充電器，3.3V和5V DC-DC轉(zhuǎn)換器連接在一起。您可能想在鋰電池與3.3V和5V DC-DC電源轉(zhuǎn)換器之間添加一個(gè)ON/OFF開關(guān)。

2。測試鋰電池是否可以充電。

3。確認(rèn)可以獲得穩(wěn)定的3.3V和5V電源。

步驟3：為各種用途分配ESP8266 D1迷你引腳

首先，創(chuàng)建您的設(shè)計(jì)。為各種目的分配ESP8266 D1迷你引腳。 D1 Mini的針腳數(shù)量有限，我們需要仔細(xì)進(jìn)行分配。那些可以保存大頭針的應(yīng)該被保存。例如，某些傳感器只會通過TTL發(fā)送數(shù)據(jù)，而不會接收數(shù)據(jù)，因此我們不需要將接收引腳連接到D1 Mini。

以下是我的引腳分配：

/* PIN Assignment

A0 - Not Used

D0 - TFT CS

D1 - I2C CLK

D2 - I2C SDA

D3 - TFT C/D

D4 - PM2.5 CS

D5 - TFT SCK

D6 - S8 SenseAir TX+RX tied

D7 - TFT SDI（MOSI）

D8 - Not Used

TX - Debug Console

RX - PM2.5 Tx

*/

步驟4：通過SPI總線將D1 Mini與240x320 TFT相連

連接D1帶有SPI總線的240x320 TFT微型。使用以下引腳：

D0 - TFT CS

D3 - TFT C/D

D5 - TFT SCK

D7 - TFT SDI（MOSI）

請注意，MISO引腳未接線。原因是我們使用的TFT庫不會從TFT獲取任何數(shù)據(jù)。因此，我們可以節(jié)省1針用于其他用途。 UTFT ESP8266庫用于在SPI模式下驅(qū)動支持ILI9341的TFT。如果您的TFT使用其他芯片組，則可能需要使用其他TFT庫。關(guān)鍵是您需要選擇一個(gè)支持SPI總線的TFT。否則，D1 Mini將沒有足夠的引腳與之連接。

要與TFT一起成功運(yùn)行，關(guān)鍵是要以正確的格式正確聲明UTFT對象。這是我們使用的方法：

// TFT Display

#include

#include

// UTFT：：UTFT（byte model， int RS=SDI（MOSI）， int WR=SCK， int CS=CS， int RST=NOTINUSE， int SER=DC）

UTFT myGLCD （ ILI9341_S5P， D7， D5， D0， NOTINUSE， D3）; //ILI9341 in SPI

步驟5：將濕度傳感器連接到I2C總線

ESP8266 D1 Mini支持IIC總線。引腳D1用于時(shí)鐘（SCL或CLK），引腳D2用于數(shù)據(jù)（SDA）。 IIC總線可以同時(shí)支持位于不同地址的多個(gè)設(shè)備。您可以將傳感器連接到3.3V電源以及D1 Mini的SCL和SDA酒吧。

HDC1080用于感測濕度。我們使用 ClosedCube庫。

temperature［idx］ = hdc1080.readTemperature（）;

if （ temperature［idx］ 》 80.0） //Abnormal Reading， reset the chip

hdc1080.reset（）;

Serial.print（“HDC_Temp = ”）; Serial.print（temperature［idx］）; Serial.print（“ ”）;

//-------------------------------

humidity［idx］ = hdc1080.readHumidity（）;

Serial.print（“HDC_Humidity = ”）; Serial.print（humidity［idx］）; Serial.print（“ ”）;

步驟6：將溫度和氣壓傳感器連接至IIC總線

ESP8266 D1 Mini支持IIC總線。引腳D1用于時(shí)鐘（SCL或SCK），引腳D2用于數(shù)據(jù)（SDA）。 IIC總線可以同時(shí)支持位于不同地址的多個(gè)設(shè)備。您可以將傳感器與3.3V電源以及D1 Mini的SCL和SDA酒吧相連。

BMP180用于感測溫度和氣壓。我們使用 Sparkfun庫。

if （（status = bmp180.startTemperature（）） ！= 0） {

delay（status）;

if （bmp180.getTemperature（T） ！= 0） {

temperature［idx］ = T; // Over-ride the inaccurate temperature from HDC1080

if （（status = bmp180.startPressure（3）） ！= 0） {

delay（status）;

if （bmp180.getPressure（P， T） ！= 0）

pressure［idx］ = P;

}

}

}

Serial.print（“bmp180Temp = ”）; Serial.print（temperature［idx］）; Serial.print（“ ”）;

Serial.print（“PRS = ”）; Serial.print（pressure［idx］）; Serial.print（“ ”）;

步驟7：將TVOC傳感器連接到IIC總線

ESP8266 D1 Mini支持IIC總線。引腳D1用于時(shí)鐘（SCL或SCK），引腳D2用于數(shù)據(jù)（SDA）。 IIC總線可以同時(shí)支持位于不同地址的多個(gè)設(shè)備。您可以將傳感器與3.3V電源以及D1 Mini的SCL和SDA酒吧相連。

我們使用的TVOC傳感器是CCS811， Adafruit庫可以讀取數(shù)據(jù)。

但是，我們需要注意CCS811的自校準(zhǔn)過程，以便快速獲取數(shù)據(jù)。添加了一個(gè)額外的例程以將BASELINE數(shù)據(jù)記錄在ESP8266的EEPROM中。 CCS811會自動連續(xù)調(diào)整BASELINE。我們定期將BASELINE記錄到EEPROM。在下一次系統(tǒng)啟動時(shí)，我們在CCS811預(yù)熱后讀入最后記錄的BASELINE。詳細(xì)邏輯可從CCS811數(shù)據(jù)表中獲得。

示例代碼如下：

setup（）{

// Sensor Initilization

hdc1080.begin（0x40）;

hdc1080.reset（）;

bmp180.begin（）;

ccs811.begin（）;

S8Serial.begin（9600）;

S8_begin（&S8Serial）;

//==== CCS811 BASELINE MANAGEMENT ====

EEPROM.begin（512）;

copyCurrentTime（&curr_epoch， &curr_remain_millis）; // Get the current time in Epoch

if （startup_epoch == 0） // initialize startup_epoch = curr_epoch;

if （last_eeprom_write_epoch == 0） // initialize

last_eeprom_write_epoch = curr_epoch;

// Read all the BASELINE records and pick the best one to use

score = 0; best_score = 0; lowest_score = 4294967295; //2^32-1

for （int j = 0; j 《 BASELINEREC_MAX; j++） { // Check all records in the EEPROM

// Read the BASELINE record

int baselinerec_addr_read = sizeof（uint16_t） + sizeof（struct baselinerec） * j;

for （int i = 0; i 《 sizeof（struct baselinerec）; i++）

* （（uint8_t*）&_baselinerec_read + i） = （uint8_t）EEPROM.read（baselinerec_addr_read + i）;

// Calculate the score of each record

if （_baselinerec_read.signature ！= 0xABAB） // record not initialized

score = 0;

else if （ （curr_epoch - _baselinerec_read.epoch） 》 28 * 24 * 3600） // record too old

score = 0;

else if （ _baselinerec_read.uptime 《 4 * 3600） // record was obtained over a too short period

score = 0;

else // score formula can be customized

score = _baselinerec_read.uptime + （（28 * 24 * 3600 - （curr_epoch - _baselinerec_read.epoch）） / 2）;

Serial.print（“j=”）; Serial.print（j）;

Serial.print（“ signature=”）; Serial.print（_baselinerec_read.signature）;

Serial.print（“ epoch=”）; Serial.print（_baselinerec_read.epoch）;

Serial.print（“ uptime=”）; Serial.print（_baselinerec_read.uptime）;

Serial.print（“ avg_tvoc=”）; Serial.print（_baselinerec_read.avg_tvoc）;

Serial.print（“ score=”）; Serial.println（score）;

delay（100）; // prevent D1 Mini software reset due to too much I/O

// Select the one with the highest score for read

if （score 》 best_score） {

best_score = score;

baseline_idx_read = j;

}

// Select the one with the highest score for write

if （score 《 lowest_score） {

lowest_score = score;

baseline_idx_write = j;

}

}

Serial.print（“baseline_idx_read=”）; Serial.print（baseline_idx_read）;

show_text（“baseline_idx_read=%.0f”， （float）baseline_idx_read， GEN_COLOR， CHART_LEFT， CHART_TOP + 96， 0）;

Serial.print（“ baseline_idx_write=”）; Serial.println（baseline_idx_write）;

show_text（“baseline_idx_write=%.0f”， （float）baseline_idx_write， GEN_COLOR， CHART_LEFT， CHART_TOP + 112， 0）;

// Read in the best record

if （best_score ！= 0） {

int baselinerec_addr_read = sizeof（uint16_t） + sizeof（struct baselinerec） * baseline_idx_read;

for （int i = 0; i 《 sizeof（struct baselinerec）; i++）

* （（uint8_t*）&_baselinerec_read + i） = （uint8_t）EEPROM.read（baselinerec_addr_read + i）;

}

// update the eeprom baseline index to record where is the current record

if （eeprom_baseline_idx_updated == false） {

EEPROM.write（0， baseline_idx_write 》》 8）;

EEPROM.write（1， （baseline_idx_write 《《 8） 》》 8）;

eeprom_baseline_idx_updated = true;

}

EEPROM.commit（）;

}

//The code below should be put in the loop（） part of the sketch to write the lastly recorded BASELINE to CCS811

//and record the tunned BASELINE periodically.

//==== CCS811 BASELINE MANAGEMENT ====

// Get curr_epoch & uptiime for the operation below

copyCurrentTime（&curr_epoch， &curr_remain_millis）;

uptime = curr_epoch - startup_epoch;

// write the best BASELINE to CCS811 after uptime 》 X minutes

if （ccs811_baseline_updated == false && best_score ！= 0 && uptime 》= 600） {

ccs811.writeBaseline（_baselinerec_read.baseline）;

ccs811_baseline_updated = true;

}

// write to EEPROM periodically - Y minutes

uint8_t baseline［2］;

ccs811.readBaseline（baseline）;

if （ curr_epoch - last_eeprom_write_epoch 》= 900） {

_baselinerec_write.epoch = curr_epoch;

_baselinerec_write.baseline［0］ = baseline［0］;

_baselinerec_write.baseline［1］ = baseline［1］;

_baselinerec_write.uptime = uptime;

int baselinerec_addr_write = sizeof（uint16_t） + sizeof（struct baselinerec） * baseline_idx_write;

for （int i = 0; i 《 sizeof（struct baselinerec）; i++）

EEPROM.write（baselinerec_addr_write + i， *（（uint8_t*）&_baselinerec_write + i））;

EEPROM.commit（）;

last_eeprom_write_epoch = curr_epoch;

}

步驟8：連接PM2.5/PM 10 TTL RX接口的傳感器

我們使用的傳感器來自中國制造商（六度空氣）。它通過TTL接口提供數(shù)據(jù)。每秒生成PM2.5和PM10讀數(shù)。無需將命令發(fā)送到傳感器即可觸發(fā)輸出。因此，只需將傳感器上的TX引腳和D1 Mini上的RX引腳連接在一起。

請注意，D1 Mini依靠其TX和RX引腳來更新草圖。將RX引腳與傳感器連接會影響草圖下載。因此，在草圖下載過程中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)斷開RX連接的開關(guān)。不使用傳感器時(shí)，小風(fēng)扇會消耗功率。傳感器處有一個(gè)啟用（CS）引腳，用于打開/關(guān)閉風(fēng)扇和數(shù)據(jù)輸出。使能（CS）引腳連接到D1 Mini的D4。

以下是從傳感器獲取數(shù)據(jù)的代碼：

//--------------------------

// PM2.5

//Serial.println（“PM Begin ”）;

digitalWrite（PM25_CS， HIGH）;

delay（9000）; //64 byte buffer only; 7 byte per sample; 64/7=9 max if 1 sec per sample.

while （Serial.available（） 》 0） {

do {

incomingByte = Serial.read（）;

//Serial.print（incomingByte， HEX）;

} while （incomingByte ！= 0xAA）;

if （incomingByte == 0xAA） {

Serial.readBytes（buf， 6）;

if （buf［5］ == 0xFF && （buf［0］ + buf［1］ + buf［2］ + buf［3］） == buf［4］） { //0xFF = term char; checksum

PM2_5Value = （（buf［0］ 《《 8） + buf［1］） / 10.0;

PM10Value = （（buf［2］ 《《 8） + buf［3］） / 10.0;

}

}

}

//Serial.println（“PM End”）;

digitalWrite（PM25_CS， LOW）;

pm25［idx］ = （float）PM2_5Value;

pm10［idx］ = （float）PM10Value;

Serial.print（“PM2.5 = ”）; Serial.print（pm25［idx］）; Serial.print（“ ”）;

Serial.print（“PM10 = ”）; Serial.println（pm10［idx］）;

步驟9：將CO2傳感器連接到軟件序列

SensorAir S8通過TTL接口輸出CO2濃度。由于D1 Mini的RX引腳用于PM2.5/PM 10傳感器，因此我們需要使用CO2傳感器的軟件串行。

D1 Mini沒有太多的引腳。我們幾乎用完了別針。幸運(yùn)的是，我們可以將CO2傳感器的TX和RX引腳連接在一起，并通過單工模式與之通信。 AirSense S8的數(shù)據(jù)表中沒有對此進(jìn)行記錄，但是可以使用！因此，與CO2傳感器通信僅在D1 Mini上消耗了一個(gè)引腳。

到目前為止，我們還沒有看到來自Internet的用于SensorAir S8的Arduino庫。因此，為此目的創(chuàng)建了軟件串行功能。首先，我們需要為ABC周期初始化SensorAir S8。然后，我們可以自動從傳感器讀取CO2值。

初始化代碼：

void S8_begin（SoftwareSerialx *ss） {

//byte ch， cmd［］ = {0xFE， 0x6， 0x0， 0x1F， 0x0， 0xB4， 0xAC， 0x74}; // Set ABC Period to be 180 hours

//byte ch， cmd［］ = {0xFE， 0x6， 0x0， 0x1F， 0x0， 0x30， 0xAC， 0x17}; // Set ABC Period to be 48 hours

byte ch， cmd［］ = {0xFE， 0x6， 0x0， 0x1F， 0x0， 0x18， 0xAC， 0x09}; // Set ABC Period to be 24 hours

ss-》enableTx（true）;

for （int i = 0; i 《 8; i++）

ss-》write（cmd［i］）;

ss-》enableTx（false）;

delay（250）;

if （ss-》available（）） {

Serial.print（“SenseAir Response：”）;

while （ss-》available（）） {

ch = （byte） ss-》read（）;

Serial.print（ch 《 0x01 ？ “ 0” ： “ ”）;

Serial.print（ch， HEX）;

}

Serial.println（）;

}

}

讀取代碼：

int S8_getCO2（SoftwareSerialx *ss， uint16_t*S8_CO2， uint16_t*S8_meterstatus） {

int i;

//byte ch， cmd［］ = {0xFE， 0x4， 0x0， 0x03， 0x0， 0x1， 0xD5， 0xC5}; //Get CO2 Only

byte ch， cmd［］ = {0xFE， 0x4， 0x0， 0x0， 0x0， 0x4， 0xE5， 0xC6}; //Get MeterStatus and CO2

byte result［20］;

ss-》enableTx（true）;

for （int i = 0; i 《 8; i++）

ss-》write（cmd［i］）;

ss-》enableTx（false）;

delay（250）;

while （！ss-》available（）） // wait until data is available

delay（100）;

while （ ss-》available（）） {

if （ （ch = ss-》read（）） == 0xFE） // wait until the header is available

i = 0;

result［i］ = ch;

i++;

}

*S8_CO2 = result［9］ * 256 + result［10］;

*S8_meterstatus = result［3］ * 256 + result［4］;

return *S8_meterstatus;

}

步驟10：將草圖下載到D1 Mini

將草圖下載到D1 Mini并完成。下載草圖時(shí)，請記住要斷開PM2.5/PM10傳感器的連接。

步驟11：給電池充電并打開

它將首先連接到WiFi，然后發(fā)送NTP數(shù)據(jù)包并獲得Internet時(shí)間。然后，掃描其EEPROM以獲取CCS811的最佳BASELINE設(shè)置。

步驟12：讓它自己運(yùn)行。..

讓它自己運(yùn)行一段時(shí)間。您將看到測量的圖表和實(shí)時(shí)指標(biāo)！！！
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