【2024 DigiKey 创意大赛】二月柳絮大作战项目——作品提交

Maker_kun 发表于 2024-10-29 00:19

二月柳絮大作战

作者：<a href="https://home.eeworld.com.cn/space-uid-1405745.html" style="color:blue; text-decoration:underline" target="_blank">Maker_kun</a>

 

一、作品简介

  

二月柳絮大作战主控板使用乐鑫科技ESP32-S3-LCD-Ev-Board，该开发板集成ESP32S3WiFi模块，同时开发板具备480*480的LCD液晶屏幕，对于用户界面设计非常友好；传感器使用sensrion公司的SPS30激光颗粒物传感器，可以感知PM2.5PM10以及颗粒物粒子大小，传感器可连续工作6年之久；空气状态显示采用ws2812LED构成8*8构成的点阵屏幕，可以直观通过颜色展示当前空气质量；负载采用继电器模块进行控制，比如开启净化器、开窗通风等设备。

二、系统框图

对于柳絮、花粉尘螨、真菌、动物皮屑都能存在空气中，影响空气质量，从而引起鼻炎等过敏症状。故检验空气中颗粒物是非常重要的，从空气颗粒物进行分析常见有PM2.5和PM10两种指标，PM2.5指颗粒物尺寸在2.5um及以下颗粒物，常见PM2.5能够长时间悬浮在大气中，并且可以被远距离传输，而PM10 是指10微米的颗粒物通常会较快地沉降下来，不易进行远距离传输，故对于检测PM2.5、PM10是非常重要的，本项目传感器使用瑞士Sensrion的SPS30，精度高寿命长。该系统有三部分组成：1、ESP32-S3-LCD-Ev-Board，负者采集传感器数据、显示数据、处理通讯、控制设备运行等2、传感器部分采用SPS30激光颗粒物传感器，采集空气中质量浓度数据3、控制部分，采用是4路继电器控制用电设备运行，如净化设备、通风设备、加湿设备等，同时控制部分带有显示空气质量状态的点阵LED，可以直观显示控空气质量状态。系统框架如下：

  

三、各部分功能说明

1、ESP32-S3-LCD-Ev-Board，作为该系统处理、显示、通讯、控制部分，采用成熟的乐鑫开发板解决方案，开发板内置ESP32S3、LCD触摸屏、IO Expander、TYPEC电源通讯接口，对于该项目控制引脚选择尤为重要。

  

  通过SUB液晶屏接口可以获得I/O引脚的使用情况，这些被占用的引脚是无法使用的，尽量避免该引脚的使用。

  

 

  用户可以使用的引脚为下图：I/O19、I/O20、I/O4、I/O47、I/O48，以及通过IIC芯片扩展的I/O接口，本项目使用I/O19、I/O20作为SPS30传感器的IIC通讯接口，I/O4作为驱动ws2812全彩LED的引脚，I/O47、I/O48作为扩展EX_OUT_ I/O引脚

  

 

IIC芯片扩展的I/O接口，使用的芯片为TCA9554,需要通过IIC(I/O47、I/O48)指令即可控制读取扩展I/O的状态

  

ESP32_IO_Expander可参考：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1296937-1-1.html

2、传感器SPS30，SPS30传感器是一款由Sensirion AG生产的空气传感器，主要用于监测和控制空气质量。该传感器采用激光散射技术进行颗粒物（PM）测量，并结合了Sensirion的创新抗污染技术，确保了测量的精准性和设备的耐用性。SPS30支持I²C和UART输出类型，具有10μg/m³的灵敏度，工作电压范围为4.5V至5.5V，工作温度范围为-10°C至60°C。此外，SPS30已通过MCERTS认证，适用于暖通空调和室内空气质量应用。

SPS30采用激光散射原理检测精度高，输出结果一致性好，而且寿命可连续工作6年之久

  

SPS30传感器通过激光器发射激光束，当空气中的颗粒物进入传感器内部时，这些颗粒物会散射激光束。传感器内的光敏元件会检测到这些散射光，并将其转换为电信号。通过分析这些信号，可以计算出空气中颗粒物的浓度和大小分布

  

根据颗粒物浓度可将空气化成不同等级，告知客户当前空气质量状态

  

详细内容可见帖子讲解：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1296929-1-1.html

3、ws2812、及继电器驱动

WS2812是一种智能外控集成LED光源，其控制电路与RGB芯片集成在一个5050封装的元器件中，构成一个完整的外控像素点。这种设计使得每个WS2812灯珠可以独立控制其颜色和亮度，支持RGB无极调色，并且每个像素点能够实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示。

  

WS2812的特点包括：

1）单线串行接口：WS2812采用单线串行通信协议，通过一根信号线即可完成数据的接收与解码，简化了外部接口的设计。

2）内置信号整形电路：每个像素点收到信号后，经过波形整形再输出，确保线路波形畸变不会累加，从而保证信号传输的稳定性和一致性。

3）内置上电复位和掉电复位电路：这些电路确保了设备在电源恢复时能够正确初始化。

4）高亮度和高一致性：WS2812的每个像素点可以实现256级亮度显示，提供高度一致的色彩照明。

5）低功耗和长寿命：WS2812具有低驱动电压、环保节能、高亮度、大散射角、良好一致性、低功耗和长寿命等优点。

6）级联能力：WS2812支持通过单线级联端口传输信号，可以在任意两点间距离不超过5米时无需增加任何电路即可传输信号，且在刷新率为30fps时，级联数量不少于1024个像素点。

7）WS2812广泛应用于LED全彩发光字灯串、LED全彩模组、LED全彩软灯条硬灯条、LED护栏管、LED点光源、LED像素屏、LED异形屏以及各种电子产品和电器设备的跑马灯等

 

4、软件搭建

1）软件搭建使用Arduino IDE进行搭建，使用的库有ESP_Panel_Conf、lvgl、sps30、Adafruit_NeoPixel等

  

开发板使用默认ESP32S3 Dev Module开发板作为项目开发的软件开发板

  

程序编译完成界面：

  

具体内容可参考帖子：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1295552-1-1.html

2）液晶屏幕驱动

开发板采用的480*480液晶屏幕自带触摸芯片，只需要安装lvgl进行相关设置即可，这部分花费时间较多，出现问题也较多，不过最后都解决了

  

具体内容可参考帖子：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1295552-1-1.html

3）传感器驱动

 



    

 

具体内容可参考帖子：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1296929-1-1.html

4）ws2812驱动

板载内置一颗ws2812，驱动引脚I/O4

  

 

驱动效果：板载ws2812LED成功显示

  

具体内容可参考帖子：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1293230-1-1.html

5）扩展IO继电器控制

EX_IO4、EX_IO5、EX_IO6、EX_IO7，需要配置IIC驱动

<ol>
<li>#define EXAMPLE_CHIP_NAME TCA95xx_8bit </li>
<li>#define EXAMPLE_I2C_NUM (0) </li>
<li>#define EXAMPLE_I2C_SDA_PIN (47) </li>
<li>#define EXAMPLE_I2C_SCL_PIN (48)</li>
</ol>

  

具体内容可参考帖子：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1296937-1-1.html

 

四、作品源码

程序源码：<a href="https://download.eeworld.com.cn/detail/eew_TKwwQ7/634884" style="color:blue; text-decoration:underline">https://download.eeworld.com.cn/detail/eew_TKwwQ7/634884</a>

 

五、作品功能演示视频

<iframe allowfullscreen="true" frameborder="0" height="450" src="https://training.eeworld.com.cn/shareOpenCourseAPI?isauto=true&lessonid=41509" style="background:#eee;margin-bottom:10px;" width="700"></iframe> 
视频链接：<a href="https://training.eeworld.com.cn/video/41509" target="_blank">https://training.eeworld.com.cn/video/41509</a>

 

六、项目总结

该项目使用Arduino IED进行ESP32-S3-LCD-Ev-Boar相关LVGL开发，很多资料不全面，没有参考成功案例作为参考，需要自己花时间进行验证相关功能，花费一定时间进行开发，整个过程比较坎坷，同时在使用传感器过程由于SPS30传感器对默认IIC有影响，需要修改SPS30底层驱动代码，这个过程不仅深入了解Arduino架构，而且对自己能力提升有很大帮助

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七、其他

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1851409468@qq.c 发表于 2024-11-4 21:30

感觉这个作品挺好的，解决鼻炎患者的大问题

Maker_kun 发表于 2024-11-4 22:20

1851409468@qq.c 发表于 2024-11-4 21:30
感觉这个作品挺好的，解决鼻炎患者的大问题

净化空气设备可以通过继电器控制，这一点就没有详细写了

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