构建紧凑型低成本ESP32物联网空气质量监测仪(AP模式)

现代住宅在节约能源方面做得很好——不幸的是，它们也擅长于捕获污染。美国环境保护署的测量显示，室内挥发性有机化合物(VOC)的浓度“一直比室外高10倍”，甚至在你开始做饭或打扫卫生之前。美国环保署对HOME-Chem项目的实地研究发现，一个煎锅就能将挥发性有机化合物和颗粒物的峰值提高到与严重污染的大城市相媲美的水平。我想要一个口袋大小的监视器，可以立即显示这些峰值，而不需要将数据传输到任何云。这款售价25欧元的ESP32-S3节点配有机载彩屏，自带Wi-Fi热点和自动刷新HTTP页面——你需要的一切都能让你实时“看到”周围的空气。

为什么这个小盒子可以信任

核心传感器是ScioSense的ENS160，这是一种四元素MOX芯片，可输出TVOC，等效二氧化碳和符合德国UBA标准的五级AQI。它的典型反应(t₉0)在加热后不到一分钟，数据表建议偶尔进行软件重置以限制基线漂移——我的固件每五分钟就会这样做一次。ScioSense温湿度来自AHT20，精确到±0.3°C和±2% RH;这些值直接反馈到ENS160进行片上补偿。LILYGO T-Display S3在一个PCB上提供ESP32-S3, 8 MB PSRAM和1.9″ST7789 TFT，使构建真正紧凑。

固件如何工作

在启动时，微控制器解码一个存在于flash中的PNG图像，用Larry Bank的PNGdec库逐行流式传输——不需要SD卡。然后，它启动一个名为esp8266_measure的软ap，将IP固定为192.168.4.22，并启动一个arduino风格的WebServer。循环每秒读取AHT20，将数据推入ENS160，并刷新TFT仪表板和浏览器页面。渐变和文本是用TFT_eSPI绘制的，这是一个针对ESP32硬件进行了大量优化的图形库。

真实世界的测试结果

在一次常规的炒菜过程中，监测仪在不到30秒的时间内从平静的30 ppb跳到超过400 ppb的TVOC，将AQI条从绿色变成了纯橙色。打开一扇窗户，在大约12分钟内将指数拉回到100以下，这与同行评议的通风研究中报告的厨房挥发性有机化合物的衰减曲线完全一致。在构建视频中出现了一个更戏剧性的演示：我拿着一杯用纸板密封的丙酮，距离传感器几厘米。当盖子被掀开的那一刻，ENS160立即将空气质量指数定为5——“严重污染”。当你注意到丙酮在25°C时的蒸汽压约为30千帕时，这并不奇怪，这意味着它填满一个房间的速度比你退后一步的速度还快。TFT上的条会突然变成红色，而任何连接到热点的手机都会看到同样的尖峰。

夜间的读数则说明了另一个问题：在门关闭且没有活动的情况下，机组的eCO₂浓度稳定在450ppm左右，这一值通常被认为是占用空间中基线通风充足的标志。

外壳

为了确保空气质量监测仪的耐用性和便携性，我们设计了一个定制的外壳。该设计可容纳ESP32-S3板，ENS160气体传感器和AHT20温湿度传感器，为每个组件提供精确的切割。外壳是使用PLA材料3D打印的。这种保护外壳不仅可以保护内部电子设备，还可以增强设备的美学吸引力，使其适合桌面和便携式应用程序。

接下来是什么

因为ESP32-S3上已经安装了所有设备，所以添加MQTT并为家庭助手提供数据，或者在扫描之间将电路板置于调制解调器睡眠状态以延长电池寿命，pressif的电源管理文档显示，当Wi-Fi在爆发之间小睡时，电流会下降一个数量级。锂离子电池和TP4056充电器将使节点真正不需要电缆，ENS160的原始电阻模式为设备上的机器学习打开了大门，它可以仅仅从气体特征中识别“烹饪”、“清洁”或“喷雾罐”。

了解你呼吸的空气不需要实验室工作台或云订阅。只需要几个速卖通的零件、20欧元和一个晚上的焊接，这个小热点就能让你看到室内污染的爆发——更重要的是，在你打开窗户的那一刻，它就消失了。

本文编译自hackster.io