利用ESP32和实时仪表盘，开发一款易于复制的空气污染监测设备

时间：2026-09-22 16:44:38

[导读]该项目的主要想法是使用Wemos D1 mini测量学校外公交车排放的污染物。后来发展为一种经济实惠的解决方案，通过ESP32板将数据通过WiFi发送至InfluxDB数据库，且体积小巧，可随身携带。在与我校合作下，我们组建了一个团队，制作了五台传感器，并作为伊拉斯谟+项目的一部分前往比利时。

该项目的主要想法是使用Wemos D1 mini测量学校外公交车排放的污染物。后来发展为一种经济实惠的解决方案，通过ESP32板将数据通过WiFi发送至InfluxDB数据库，且体积小巧，可随身携带。在与我校合作下，我们组建了一个团队，制作了五台传感器，并作为伊拉斯谟+项目的一部分前往比利时。

此外，在全球有57%人口居住于城市的情况下，我认为提高公众对空气污染的认知至关重要。如果能实时监测PM值，从而避免您和孩子暴露在不安全环境中，那会怎样呢?

1：案例开发

我们使用3D CAD软件设计了PCB外壳，特别注意SDS011传感器进风口和出风口的高度。该传感器采用5V风扇供电，因此我们利用出风口的空气来冷却右侧的电子元件。此外，我们在右侧设计了开口，以保持MCU和升压转换器的冷却。

2：原理图与PCB

我最初使用跳线来完成这个项目，但随着传感器数量的增加，为了确保系统的合理性，设计一个定制的PCB变得至关重要。从最后两张图片可以看出明显的差异。我选择了EasyEDA作为软件，并从原理图开始设计。

作为PM传感器，我选用了支持UART协议的Nova SDS011传感器，通过插孔将其连接到ESP32的TX2/RX2(由于尺寸原因，我使用了封装引脚而非直接连接)。唯一的困难是它需要5V电源，因此我们添加了一个升压转换器(XL6009)来将MCU的3.3V提升至所需电压。

我们选择DHT11传感器，因为对温度精度要求不高，且成本最低。最后，CO2传感器(MHZ19)连接到UART1。

原理图中还有一个名为“J2”的电池连接，用于为所有设备供电。需要注意的是，在正常情况下，还需要配备电池管理系统(如TP4056)，但由于这是一个入门级项目，我们决定省略该功能，以便在测量过程中实时监控传感器数据。

因此，我开始进行PCB设计，力求减小所占空间。我们选择了一个矩形盒子，板子必须能完全容纳进去。此外，SDS011的进气口位于左侧，电池被放置在传感器上方，MCU和升压转换器则位于机箱左侧，因此留出了一些开口，现在我认为这些位置可以再稍作缩减。

3：组装与连接

PCB完成后，设备的组装是最简单的一环。我们只需将传感器连接到电子电路板上。首先，为了便于更换，我们焊接了一个ESP32的母头。接着，焊接了MHZ-19、DHT11以及升压转换器。然后，我们将SDS011的进气口对准机箱左侧的圆形孔，并根据原理图将其线缆连接至“J1”。最后，将电池连接至“J2”(注意极性)，并用一块4毫米激光切割的木制盖子封好机箱。

4：代码编写

首先，我在Arduino IDE中安装了ESP32扩展插件。同时还需要一些库来读取传感器数据：

•SDS011主控库

•DHT传感器库

•MH-Z19主控库

点击每个文件后，再点击“下载ZIP”，然后在Arduino IDE中：选择Sketch/Include library/Add .zip file，并选择已下载的文件。

开发的代码包含一个设置部分，用于初始化传感器，在循环中获取数据并发送到InfluxDB数据库。

如果无法连接WiFi，MCU会将数据存储在SPIFFS中作为.txt文件。我们选择这种系统是因为在设计PCB时没有考虑备份方案。现在我认为最佳的解决方案是结合micro-SD卡和专用结构以实现冗余。文件内容是循环中首先显示的内容，如上图所示，这里我们直接在串口监视器中打印出来。你也可以重新发送数据，但使用TSDB时，图表中会同时显示两个不同的数据。也许更好的做法是使用另一个数据库。这是一个初始代码，你可以根据需要进行修改!

在此部分，我们从PM传感器获取新数据，接着从CO2传感器读取温度(该传感器还返回温度)，最后从DHT11传感器获取数据。这个传感器曾出现过一些问题，但我们成功地通过MHZ19传感器获取了温度，因此仅丢失了湿度信息。如果读数出现问题，串口监视器中会显示错误提示。在后续项目中，我会向InfluxDB发送针对各种可能故障的代码，以便快速定位问题。