用FireBeetle ESP32自制一个便携式空气质量检测仪

这周为大家带来一个非常实用的项目——便携式空气质量检测仪。



检测仪使用MQ135传感器监测空气质量，并通过FireBeetle ESP32 E V1在OLED显示屏上直观地显示读数。



由于其小巧的体积并且内置电源，用户可以随时随地获取空气质量读数。



PS：该空气质量检测仪虽然会显示特定气体在空气中的浓度，但并不等同于完整的空气质量指数（AQI）评估。

通常，空气质量监测中会监测颗粒物（PM2.5和PM10）、氧气、二氧化氮、二氧化硫和一氧化碳等。这个设备只能检测二氧化碳、烟雾、苯、酒精、氮氧化物和氨气等气体。虽然用于公共健康建议的标准化AQI仍然是获取信息的最佳来源，但这个空气质量检测仪是了解特定气体空气质量的一个很好的工具。
材料清单

• MQ135空气质量传感器
• 树莓派 PICO 2
• 面包板
• 3D打印外壳
• 14500 3.7V 600mAh锂离子电池（带PCM保护电路模块）
• SPST摇臂开关
• FireBeetle 2 ESP32-E开发板
• SSD1306 OLED屏幕
• 连接线
• M2螺钉
  

步骤1：MQ135空气质量传感器




MQ135传感器可以集成到许多项目中来监测空气质量，适合检测大气中的有害气体。

该传感器具有两个输出：一个模拟输出，根据气体浓度生成0–5V的模拟电压信号；一个数字信号，当气体浓度超过阈值时输出0V或5V。它运行在3.3V供电下，但最大可承受5V。

传感器需要预热20秒以稳定并提供准确读数，使用时电流150mA。

该传感器能够检测氨气（NH3）、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）、苯、烟雾等有害气体。
步骤2：使用树莓派 Pico进行基本设置
我们首先将MQ135传感器与新发布的树莓派 PICO 2连接起来，搭建最简单的配置。



在这里，我们将MQ135传感器的VCC连接到PICO的3.3V引脚，将GND连接到GND，将GPIO26和GPIO21分别用于模拟输出和数字输出。

#include <Wire.h>
// Define the pins
const int analogPin = 26; // GP26
const int digitalPin = 21; // GP21
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(digitalPin, INPUT);
}
void loop() {
int analogValue = analogRead(analogPin);
int digitalValue = digitalRead(digitalPin);
Serial.print("Analog Value: ");
Serial.print(analogValue);
Serial.print(", Digital Value: ");
Serial.println(digitalValue);
delay(1000);
}
复制代码

MQ135传感器需要约20到30秒进行预热，然后才能提供准确读数。小伙伴们可以通过上述代码在串口监视器中观察传感器值。
步骤3：设计阶段


我们制作了一个小型外壳，尺寸为80 x 55 x 30毫米。它分为两个部分：底座和顶部盖子。OLED屏幕安装在顶部盖子内部。

Firebeetle 开发板、MQ135传感器、电源开关和电池都放置在底座内部。

为了使这个外壳更舒适易握，我们在底座两侧添加了握把。



为了方便佩戴或携带，我们添加了一个挂钩组件，可以用来连接ID卡绳或钥匙链。

为了增强视觉效果，我们创建了两个类似字母O和X的组件，并将它们放置在外壳顶部盖子上。为了提升设备的美观性，这两个部分将用橙色PLA打印，而整个外壳则用灰色PLA打印。

3D打印文件可以在文末下载。
步骤4：为何选择FireBeetle而非树莓派 Pico


在本项目的第二阶段，我们将主要微控制器从树莓派 Pico 2更换为Firebeetle 2 ESP32-E。这一更换是由于外壳内部空间的问题，尽管这两个板看起来几乎相同大小，但Pico实际上比Firebeetle会更小一点。我们不得不修改外壳设计，使其稍微增大，因为使用Pico需要添加第二块板来充电锂电池。



我们选择Firebeetle来解决这个问题，因为它具有由TP4056驱动的内置锂离子电池充电电路，该电路专门为单节锂离子电池设计，是便携设备中可靠且高效的锂离子电池充电解决方案。
步骤5：主要代码

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
const int analogPin = 35; // A3
const int digitalPin = 2; // D2
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(digitalPin, INPUT);
// SSD1306 OLED display initialization
if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
for(;;);
}
display.display();
delay(2000); // Pause for 2 seconds
display.clearDisplay();
}
void loop() {
int analogValueRaw = analogRead(analogPin);
int analogValue = map(analogValueRaw, 0, 4095, 0, 1023); // Scale the value to match the Pico's range
int digitalValue = digitalRead(digitalPin);
String airQuality = getAirQuality(analogValue);
Serial.print("Analog Value (Raw): ");
Serial.print(analogValueRaw);
Serial.print(", Scaled Value: ");
Serial.print(analogValue);
Serial.print(", Digital Value: ");
Serial.println(digitalValue);
// Display scaled analog value and air quality condition on OLED
display.clearDisplay();
display.setTextSize(2); // Normal 1:1 pixel scale
display.setTextColor(SSD1306_WHITE); // Draw white text
display.setCursor(0, 10); // Start at top-left corner
display.print("Value: ");
display.println(analogValue);
display.setTextSize(1);
display.setCursor(0, 40);
display.print("Air Quality: ");
display.println(airQuality);
display.display();
delay(1000);
}
String getAirQuality(int analogValue) {
if (analogValue <= 200) {
return "Excellent";
} else if (analogValue <= 400) {
return "Good";
} else if (analogValue <= 600) {
return "Moderate";
} else if (analogValue <= 800) {
return "Poor";
} else {
return "Very Poor";
}
}
复制代码

代码中添加了三个主要库，以使用I2C通信驱动SSD1306 OLED显示屏。

MQ135传感器提供两个输出：一个模拟输出连接到Firebeetle的A3引脚，一个数字输出连接到Firebeetle的D2引脚。

为了获得所需的空气质量测量值，我们必须将原始模拟值（约0-4095）缩减到0-1023范围内。

使用Serial.println函数，可以在屏幕上显示这些值，但这里有个小变化。我们添加了getAirQuality函数，它接受缩放后的模拟值并返回表示空气质量状态的字符串：

• <=200: "优良"
• <=400: "良好"
• <=600: "中等"
• <=800: "差"
• >800: "极差"
  

步骤6：FireBeetle SSD1306显示屏与MQ135接线

• 将Firebeetle的3.3V和GND线连接到MQ135传感器的VCC和GND
• 然后，我们用两根线将Firebeetle的5V和GND连接到SSD1306的VCC和GND引脚
• 接下来，用连接线将MQ135传感器的模拟输出和数字输出分别连接到Firebeetle的A3和D2引脚
• 然后以类似方式将Firebeetle的SDA和SCL引脚连接到OLED屏幕的SDA和SCL引脚
  

步骤7：电源接线


我们使用一块紧凑型14500 3.7V 600mAh锂离子电池，并结合一个保护电路模块（PCM），这是一个小型电路，可防止过充、过放、短路等问题，作为本项目的电源供应。





我们只需将锂电池正极接到Firebeetle的正极，将锂电池负极焊接到摇臂开关的一端，另一端连接到Firebeetle负极。摇臂开关位于电池与Firebeetle之间，是设备主要开关。
步骤8：机身组装

• 我们首先将OLED屏幕放置在顶部盖内，然后用热熔胶固定显示屏。
• 在底座内部，将MQ135传感器放入适当位置。
• 然后，将电池和电源开关固定到位，Firebeetle开发板放置在底座中央，并用热熔胶固定。
• 确保所有组件都放置正确后，将顶部盖放置到底座上，并用四个M2螺钉固定。
• 最后，在字母O和X部件背面涂上胶水，然后将它们固定到设备上。
  

组装过程完成了。

步骤9：最后



我们在城市中的两个不同地点进行了测试：我的屋顶附近和靠近绿地。在绿地中低碳浓度与城市中的高碳浓度形成对比，因此得到了不同读数。





城市中的读数范围从550到620不等，这取决于区域是否靠近主要道路、工业区或绿树成荫且车辆稀少的绿地。如果我们在气体较少出现的位置进行测试，例如山区或丘陵，值可能会进一步降低。

总体而言，这个项目已经完成，但我希望未来对这个项目进行修改，进一步缩小尺寸，使其更加便携。

原文地址：https://www.instructables.com/Portable-Air-Quality-Meter/

项目作者：Arnov Sharma

译文首发于：DF创客社区

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这里面用的传感器可以呀用SKUSEN0127替代吗

帅帅帅哈哈哈真的帅