AirGhost - устройство мониторинга CO2

ТЛ; ДР
Распечатываемое 8-битное устройство мониторинга CO2 в форме призрака
Меняет цвет в зависимости от уровня CO2
Работает с Ардуино
Использует датчик CO2 Sensirion SCD4x.
На базе ESP32-C6 (с поддержкой Wi-Fi, Bluetooth, IEEE802.15.4)
Пользовательская печатная плата
Все с открытым исходным кодом/открытое оборудование
Файлы (плата, спецификация, эскиз и т. д.)
Полный список необходимых деталей в инструкции по сборке.
Введение

За последние пару лет я несколько раз сталкивался с темой измерения качества воздуха (в основном в научных или технических подкастах). Как разработчик, я знаю о проблеме плохого качества воздуха в офисе, даже не замечая ее. Если вы заняты решением проблем, у вас может не быть времени заботиться о таких неважных вещах, как кислород.

Однако через секунду кислород может помочь вашему мозгу быстрее решить проблему и не дать вам уснуть. Я пришел к выводу, что для моего варианта использования лучше всего подойдет простое устройство, которое меняет цвет с зеленого на желтый на красный, чтобы сигнализировать: «Эй, чувак, пора открыть окно».

Мне понравилась идея, что устройство до��жно хорошо стоять на столе и выглядеть дружелюбно (и, возможно, немного занудно). Так что 8-битное привидение было очевидным решением.

Этот дизайн был добавлен в конкурс «Образовательные инструменты» на сайте printables.com, потому что я считаю, что это отличный способ провести эксперименты с уровнями CO² в плохо проветриваемых классах. Используя Arduino IDE, студенты могут легко расширить функциональность.

Аппаратное обеспечение

Я хотел, чтобы устройство было воспроизводимым (в качестве рождественского подарка), поэтому решил разработать специальную печатную плату. Ничего особенного, просто контроллер, LDO, несколько пиксельных светодиодов и пассивные элементы. Я использовал четыре слоя, потому что это не намного дороже и ускоряет процесс. Если кто-то захочет, я уверен, что его можно сократить до двух слоев.

Чтобы обеспечить расширение функциональности и, возможно, некоторую интеграцию в систему умного дома, ESP32-C6 показался мне подходящим для этого проекта. Он поддерживает весь спектр стандартов 2,4 ГГц (WiFi, Bluetooth, 802.15.4 -> ZigBee, Thread).

Я протестировал некоторые датчики (в том числе датчики ЛОС) и пришел к выводу, что только настоящий датчик CO2 дает надежные результаты. Самым маленьким и «дешевым» широко доступным решением является Sensirion SCD40. Вы можете получить его примерно за 30 долларов на DigiKey.

Датчик крепится к плате с помощью подпружиненных штифтов, чтобы избежать его повреждения или чрезмерного нагрева в процессе пайки. Помимо варианта с подпружиненным штифтом, существует также разъем, который подходит для плат, доступных на ebay или aliexpress. Я не проектировал для этого никаких 3D-деталей, поэтому вам придется проектировать их самостоятельно.

В устройстве используются 17 RGB-светодиодов WS2812B, яркость которых должна быть низкой, чтобы избежать перегрева (и ослепления).

Для пайки платы не требуются навыки эксперта, но новичок может столкнуться с проблемами при пайке более мелких компонентов и деталей с более мелким шагом, особенно разъема USB-C.

Прошивка

Мне до сих пор не нравится Arduino IDE и стиль программирования «Arduino Sketch». Но я понимаю, что это должно быть легко для новичков и позволяет непрограммистам «сделать всякую фигню».

В любом случае, я решил написать базовую прошивку с использованием Arduino, чтобы позволить большему количеству людей получить удовольствие от проекта.

Эскиз должен иметь достаточное количество комментариев и схему именования, чтобы его было понятно. В хорошем стиле Arduino необходимо импортир��вать максимум внешних библиотек:

Sensirion I2C SCD4x (Sensirion) -> драйвер датчика SCD4x
Sensirion Core (Sensirion) -> Требуется Sensirion I2C SCD4x
Adafruit NeoPixel (Адафрут) -> WS2812 Управление пиксельным светодиодом
Adafruit Debounce (Адафрут) -> Обработка кнопок
Сборка и программирование

Список деталей

Печатные формы (я использовал PETG, но PLA и т. д. тоже подойдут)
1 передняя обложка (должна быть прозрачной)
1 задняя обложка
2 глаза
1 держатель датчика
1 крышка датчика
1 глазной коннектор
1 крышка кнопки
Гайки и болты
3 потайных отверстия M3 x 16 мм (например, DIN965)
2 M3 x 12 мм (подойдет любой винт с плоской головкой)
5 гаек М3
Заполненная печатная плата (подробности см. в спецификации платы и на изображениях сборки)
Датчик Sensirion SCD4x