构建一款基于 ESP32-C5 的空气质量监测设备

时间：2026-01-21 17:30:44

关键字： OLED 显示屏 ESP32-C5 Wi-Fi

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[导读]室内空气质量(IAQ)常常被忽视，但它却直接影响着认知功能和长期健康状况。二氧化碳含量过高会导致困倦和注意力不集中，而甲醛(HCHO)——通常来自家具和建筑材料——是一种已知的刺激物。AtmosGuard C5 是一款基于 Seeed Studio XIAO ESP32-C5 构建的高精度、联网监测设备。它利用双频 Wi-Fi 提供 OLED 显示屏上的实时监测，并通过无缝的 Captive Portal 设置将历史数据记录到 Google Sheets 中。

1. 简介

室内空气质量(IAQ)常常被忽视，但它却直接影响着认知功能和长期健康状况。二氧化碳含量过高会导致困倦和注意力不集中，而甲醛(HCHO)——通常来自家具和建筑材料——是一种已知的刺激物。AtmosGuard C5 是一款基于 Seeed Studio XIAO ESP32-C5 构建的高精度、联网监测设备。它利用双频 Wi-Fi 提供 OLED 显示屏上的实时监测，并通过无缝的 Captive Portal 设置将历史数据记录到 Google Sheets 中。

2. 特点/特征

•微环境感应技术：集成了非分散红外线二氧化碳检测与电化学甲醛检测功能，从而实现全面的空气安全监测。

•双频连接：利用 ESP32-C5 芯片，在现代 5GHz 无线网络环境下运行。

•captive portal 配置：不使用固定密码;采用 WiFiManager 进行便携式设置。

•云集成：实时数据记录至 Google 表格，以便进行长期趋势分析。

•智能状态：根据世界卫生组织的指导方针，动态 OLED 头部显示屏会自动更新(良好/一般/较差)。

3. 连接步骤

•安装 XIAO：将 XIAO ESP32-C5 的引脚与 XIAO 扩展板上的母头对齐，并用力按下。

•SCD30 连接：将一根格罗夫电缆的一端连接至 SCD30，另一端连接至扩展板上可用的任何 I2C 格罗夫接口。

•SFA3x 连接：将第二根格罗夫电缆连接到 SFA3x 以及其余的 I2C 格罗夫接口。

•显示设置：请确保扩展板上标有“OLED”的小开关处于开启状态。

•电源：将 USB-C 数据线连接至 XIAO ESP32-C5。请注意，扩展板也可通过底部的 JST 连接器由 3.7V 锂电池供电，以便于携带使用。

因为 SSD1306 OLED、SCD30 和 SFA3x 都通过 I2C 协议进行通信，所以它们共用两条数据线(SDA 和 SCL)。而 ESP32-C5 则通过它们各自独特的 I2C 地址来区分它们：

•OLED：0x3C

•SFA3x: 0x5D

•SCD30: 0x61

这种并行连接使得该系统能够“可扩展”，而无需增加更多的引脚。

4. 代码分解

该代码的结构设计旨在确保在新的小爱 ESP32-C5 RISC-V 内核上运行的稳定性：

•I2C 稳定性：在经过 2 秒的启动延迟后以 100kHz 的频率进行初始化，以防止总线出现卡顿现象。

•非阻塞逻辑：传感器读数与云端记录间隔(60 秒)相分离，以保持显示屏的响应能力。

•持久数据：全局变量会保存“最后已知的正常”读数，以防止在传感器预热期间显示屏出现骤降至零的情况。

•HTTPS 重定向：已特别设置为遵循谷歌服务器的重定向操作，以确保数据能够正确传输至电子表格。

图书馆的包含内容及定义

•传感器：Adafruit_SCD30.h 和 SensirionI2cSfa3x.h 负责处理二氧化碳和甲醛传感器的复杂 I2C 通信协议。

•显示：使用 U8g2lib.h 是因为其支持“全缓冲”模式，能够实现更流畅的屏幕更新和自定义字体。

•网络：WiFiManager.h 是创建封闭式门户的关键。它使您无需在脚本中硬编码 Wi-Fi 密码。

•云：HTTPClient.h 使 ESP32-C5 能够像网络浏览器一样“获取”谷歌脚本的 URL。请确保在 Arduino IDE 中安装这些库。

全局变量与实例

C++

我们为传感器创建“对象”并将其展示在此处，以便它们能够在 setup() 函数和 loop() 函数中被访问。我们还定义了 lastEntry 和 interval 来管理时间;这样做可以确保我们不会向 Google Sheets 发送过多请求，以免导致暂时被封禁。

设置模块(“早晨的例行程序”)

当设备开机时，此程序会运行一次。

•“Serial.begin(115200)”：启动与您电脑的通信，以便进行调试。

•“Wire.begin() & Wire.setClock(100000)：这是 ESP32-C5 中最为关键的部分。它用于初始化 I2C 总线。我们将速度设置为 100kHz(标准模式)，以确保在多个传感器共享同一根导线时的稳定性。”

•WiFiManager 类：它会检查设备是否还记得某个 Wi-Fi 网络。如果没有记住，它就会启动一个名为“AirMonitor-AP”的接入点(AP)。wm.setConfigPortalTimeout(120) 这个方法是一个安全功能;如果在 2 分钟内没有人连接到该接入点，设备就会转而进行本地监控，以免永远停留在这个状态。

“循环块(恒定循环)”

这个循环会反复运行，并执行三项主要任务：

A. 读取传感器数据

C++

SCD30 每 2 秒才更新一次数据。这个 if 语句确保我们仅在传感器获取到新数据时才更新变量。这样可以避免“零值读数”的问题。

B. 确定空气质量状况

我们采用一种简单的“如果-否则”逻辑来对空气进行分类。

•危急情况：若二氧化碳浓度大于 1500ppm 或甲醛浓度大于 100ppb 时。

•警报条件：若二氧化碳浓度大于 1000ppm 或甲醛浓度大于 60ppb 。

•好的：其他方面。这种逻辑会优先考虑安全性;只要有一个传感器检测到空气质量不佳，整个状态就会变为“较差”。

C. 更新 OLED 技术

u8g2.clearBuffer() 函数会清空 ESP32 内存中的“虚拟”屏幕。接下来我们绘制文本和线条，最后调用 u8g2.sendBuffer() 函数一次性将整个图像传输到物理屏幕上。这样可以避免在较简单的库中出现的“闪烁”现象。

云日志功能(发送至工作表)

C++

这就是谷歌表格的“秘诀所在”。当小 ESP32C5 跳转到谷歌脚本的网址时，谷歌会以 302 重定向的方式做出响应。如果没有这一特定的代码行，小 ESP32C5 将会在重定向处停止，数据也就无法真正传送到您的电子表格中。此功能会将您的 CO2、HCHO、温度和湿度值打包成一个单一的网址字符串，并“访问”该链接以记录数据。