今天小編給大家?guī)淼氖莵碜訫IT的Jason的基于XIAO ESP32C6的HA空氣質(zhì)量檢測(cè)儀項(xiàng)目，作為一名程序員，Jason經(jīng)常自己連續(xù)幾個(gè)小時(shí)坐在辦公桌前，沉浸在一行行代碼中。后來意識(shí)到周圍的空氣質(zhì)量，尤其是二氧化碳水平不斷上升。

制作背景

保持健康的工作空間至關(guān)重要，但我們需要一個(gè)既實(shí)用又美觀的解決方案。如果有一種緊湊型設(shè)備，不僅可以監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量，還可以作為美觀的辦公桌裝飾品，那不是很棒嗎？有了這個(gè)想法，Jason就開始著手實(shí)現(xiàn)它。Zigbee 是一種出色的智能家居低功耗通信協(xié)議。

使用 Seeed Studio 的 XIAO ESP32 C6 模塊作為主控。它擁有小巧的外形和全面的 Arduino Zigbee 教程為開發(fā)者節(jié)省了大量開發(fā)時(shí)間。此外，還增加了 XIAO 擴(kuò)展板和 Grove VOC 和 eCO2 氣體傳感器 (SGP30) 以獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)。

由于不喜歡傳統(tǒng)的方形桌面擺件，所以Jason設(shè)計(jì)了一個(gè)小型站立機(jī)器人造型。至于細(xì)節(jié)，對(duì) XIAO 擴(kuò)展板的引腳排列進(jìn)行了布線，以便在 XIAO 系列內(nèi)的不同 MCU 之間輕松切換。這讓Jason在組件選擇上有了更大的靈活性。在結(jié)構(gòu)件內(nèi)，我將傳感器放在右側(cè)，用打印材料與MCU 隔開，確保最佳性能和時(shí)尚的設(shè)計(jì)。

材料清單

硬件列表

Grove-VOC and CO2 Gas Sensor SGP30

Seeed Studio XIAO ESP32C6Seeed Studio

XIAO Expansion Board

軟件列表

Arduino IDE

Autodesk Fusion

Home Assistant

項(xiàng)目演示

1.連接帶 OLED 顯示屏的設(shè)備

在 OLED 屏幕上，我們將顯示連接狀態(tài)，可以輕松查看 Zigbee 與 Home Assistant 的連接是否成功。此外，UI 設(shè)計(jì)中還會(huì)有一些小驚喜！

OLED 顯示屏將包含三個(gè)內(nèi)容區(qū)域：

啟動(dòng) Zigbee 連接

連接成功狀態(tài)

CO2 和 eVOC 數(shù)據(jù)

我們還可以通過打開 Arduino 串行監(jiān)視器來監(jiān)視 XIAO ESP32 C6 的 Zigbee 連接狀態(tài)和數(shù)據(jù)輸出。

Arduino 串行監(jiān)視器

2.HomeAssistant 帶二氧化碳傳感器界面效果截圖

將購(gòu)買的 Home Assistant Connect ZBT-1 插入我的 HA 設(shè)置后，我通過 Zigbee Home Automation 添加了我們的 Zigbee 終端設(shè)備。隨后，在對(duì) XIAO ESP32 C6 進(jìn)行編程后，設(shè)備名稱出現(xiàn)在 OLED 顯示屏上。

HomeAssistant 查找 Zigbee 集成

HomeAssistant 連接 Zigbee 設(shè)備

訪問 Homeassistant 后，我們可以看到顯示的數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化

成功連接到 HomeAssistant 后，我們?cè)?Zigbee 中找到了我們的設(shè)備，它提供了兩個(gè)主要功能：

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示

查看歷史二氧化碳趨勢(shì)。值得注意的是，我的設(shè)備在此期間并未持續(xù)運(yùn)行。

3.桌面上的最終設(shè)置

最后，我們可以看到 OLED 屏幕上顯示的傳感器數(shù)據(jù)，以及 Home Assistant 儀表板上的數(shù)據(jù)。

最終展示效果

程序代碼

#ifndef ZIGBEE_MODE_ED
#error "Zigbee end device mode is not selected in Tools->Zigbee mode"
#endif
#include "Zigbee.h"
#include "sensirion_common.h"
#include "sgp30.h"
#include 
#include 
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, U8X8_PIN_NONE);
uint8_t HugoUI_Animation_EasyOut(float *a, float *a_trg, uint16_t n) {
if (*a == *a_trg)
return 0;
float cz = fabs(*a - *a_trg);
if (cz <= 1)
*a = *a_trg;
else {
if (cz < 10)
n = n * cz * 0.1f;
if (n < 10)
n = 10;
*a += (*a_trg - *a) / (n * 0.1f);
}
return 1;
}
uint8_t HugoUI_Animation_EasyIn(float *a, float *a_trg, uint16_t n) {
if (*a == *a_trg)
return 0;
float cz = fabs(*a - *a_trg);
if (cz <= 1)
*a = *a_trg;
else if (cz > 20)
n = n * 3;
else if (cz > 15)
n = n * 2;
else if (cz > 5)
n = n * 1;
if (*a != *a_trg)
*a += (*a_trg - *a) / (n * 0.1f);
else
return 0;
return 1;
}
void Oled_DrawSlowBitmapResize(int x, int y, const uint8_t *bitmap, int w1, int h1, int w2, int h2) {
uint8_t color = u8g2.getDrawColor();
float mw = (float)w2 / w1;
float mh = (float)h2 / h1;
uint8_t cmw = ceil(mw);
uint8_t cmh = ceil(mh);
int xi, yi, byteWidth = (w1 + 7) / 8;
for (yi = 0; yi < h1; yi++) {
for (xi = 0; xi < w1; xi++) {
if (*(uint8_t *)(bitmap + yi * byteWidth + xi / 8) & (1 << (xi & 7)))
{
u8g2.drawBox(x + xi * mw, y + yi * mh, cmw, cmh);
} else if (color != 2) {
u8g2.setDrawColor(0);
u8g2.drawBox(x + xi * mw, y + yi * mh, cmw, cmh);
u8g2.setDrawColor(color);
}
}
}
}
const unsigned char gImage_humidity[] = {
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xC0, 0x03, 0x00, 0x00, 0xF0,
0x07, 0x00, 0x00, 0xF8, 0x1F, 0x00, 0x00, 0x7C, 0x3F, 0x00, 0x00, 0x3E, 0x7C, 0x00,
0x00, 0x1F, 0xF8, 0x00, 0x80, 0x07, 0xF0, 0x01, 0xC0, 0x07, 0xE0, 0x01, 0xC0, 0x03,
0xC0, 0x03, 0xE0, 0x81, 0x81, 0x07, 0xE0, 0xC1, 0x83, 0x07, 0xE0, 0xD0, 0x03, 0x07,
0xF0, 0xF8, 0x03, 0x0F, 0xF0, 0xF8, 0x0B, 0x0F, 0xF0, 0xF0, 0x1F, 0x0F, 0xF0, 0xE0,
0x1F, 0x0F, 0xE0, 0xC0, 0x0F, 0x07, 0xE0, 0xC0, 0x07, 0x07, 0xE0, 0xC1, 0x83, 0x07,
0xC0, 0xC3, 0xC3, 0x03, 0xC0, 0xC7, 0xE3, 0x03, 0x80, 0x8F, 0xF3, 0x01, 0x00, 0xFF,
0xFF, 0x00, 0x00, 0xFE, 0x7F, 0x00, 0x00, 0xF8, 0x1F, 0x00, 0x00, 0xC0, 0x03, 0x00,
0x00, 0xC0, 0x03, 0x00, 0x00, 0xC0, 0x03, 0x00, 0x00, 0x80, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00
};
const unsigned char gImage_homeassistant[] = {
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x01, 0x00, 0x00, 0xC0, 0x03, 0x00, 0x00, 0xE0, 0x07, 0x00,
0x00, 0xF0, 0x0F, 0x00, 0x00, 0xF8, 0x1F, 0x00, 0x00, 0xFC, 0xBF, 0x07, 0x00, 0xFE, 0xFF, 0x07,
0x00, 0xFF, 0xFF, 0x07, 0x80, 0xFF, 0xFF, 0x07, 0xC0, 0xFF, 0xFF, 0x07, 0xE0, 0xFF, 0xFF, 0x07,
0xF0, 0xFF, 0xFF, 0x0F, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x1F, 0xFC, 0xFF, 0xFF, 0x3F, 0xFE, 0xF8, 0x1F, 0x7F,
0x7F, 0xF7, 0xEF, 0xFE, 0x7F, 0xF7, 0xEF, 0xFE, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x1F, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x1F,
0xF8, 0xEF, 0xF7, 0x1F, 0xF8, 0xCF, 0xF3, 0x1F, 0xF8, 0x9F, 0xF9, 0x1F, 0xF8, 0x7F, 0xFE, 0x1F,
0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x1F, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x1F, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x1F, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x1F,
0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x1F, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x1F, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
};  // 32x32
#define CARBON_DIOXIDE_SENSOR_ENDPOINT_NUMBER 10
uint8_t button = BOOT_PIN;
ZigbeeCarbonDioxideSensor zbCarbonDioxideSensor = ZigbeeCarbonDioxideSensor(CARBON_DIOXIDE_SENSOR_ENDPOINT_NUMBER);
int16_t err = 0;
uint16_t tvoc_ppb, co2_eq_ppm;
uint16_t carbon_dioxide_value;
static uint32_t timeCounter = 0;
static float img_a = 4, img_a_trg = 24;
static float img_b = -2, img_b_trg = 24;
static float img_c = -10, img_c_trg = 13;
static float img_d = 5, img_d_trg = 90;
static void carbon_sensor_update(void *arg) {
for (;;) {
if (!(timeCounter++ % 20)) {
err = sgp_measure_iaq_blocking_read(&tvoc_ppb, &co2_eq_ppm);
if (err == STATUS_OK) {
Serial.printf("tVOC Concentration: %d ppb
", tvoc_ppb);
Serial.printf("CO2eq Concentration: %d ppm
", co2_eq_ppm);
carbon_dioxide_value = co2_eq_ppm;
zbCarbonDioxideSensor.setCarbonDioxide(carbon_dioxide_value);
} else {
Serial.println("Error reading IAQ values
");
}
zbCarbonDioxideSensor.report();
delay(6000);
}
}
}
void setup() {
int16_t err;
uint16_t scaled_ethanol_signal, scaled_h2_signal;
Serial.begin(115200);
u8g2.begin();
// Init RF
pinMode(WIFI_ENABLE, OUTPUT);
digitalWrite(WIFI_ENABLE, LOW);
delay(100);
pinMode(WIFI_ANT_CONFIG, OUTPUT);
digitalWrite(WIFI_ANT_CONFIG, LOW);
// Init button switch
pinMode(button, INPUT_PULLUP);
// Init SGP30
while (sgp_probe() != STATUS_OK) {
Serial.println("SGP failed");
while (1)
;
}
err = sgp_measure_signals_blocking_read(&scaled_ethanol_signal, &scaled_h2_signal);
if (err == STATUS_OK) {
Serial.println("get ram signal!");
} else {
Serial.println("error reading signals");
}
err = sgp_iaq_init();
zbCarbonDioxideSensor.setManufacturerAndModel("Espressif", "ZigbeeCarbonDioxideSensor");
zbCarbonDioxideSensor.setMinMaxValue(0, 1500);
Zigbee.addEndpoint(&zbCarbonDioxideSensor);
Serial.println("Starting Zigbee...");
u8g2.clearBuffer();
u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
u8g2.drawStr(0, 30, "Connecting to Zigbee...");
u8g2.sendBuffer();
if (!Zigbee.begin()) {
Serial.println("Zigbee failed to start!");
Serial.println("Rebooting...");
ESP.restart();
} else {
Serial.println("Zigbee started successfully!");
}
Serial.println("Connecting to network");
while (!Zigbee.connected()) {
Serial.print(".");
delay(100);
}
u8g2.clearBuffer();
u8g2.drawStr(0, 30, "Successfully connect");
u8g2.drawStr(0, 50, "Zigbee network!");
u8g2.sendBuffer();
Serial.println();
delay(5000);
// Start carbon sensor reading task
xTaskCreate(carbon_sensor_update, "carbon_sensor_update", 2048, NULL, 10, NULL);
zbCarbonDioxideSensor.setReporting(0, 30, 0);
}
void loop() {
u8g2.clearBuffer();
u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
u8g2.drawXBM(0, 0, 32, 32, gImage_homeassistant);
u8g2.drawStr(43, img_b, " Air  Monitor");
u8g2.setDrawColor(2);
u8g2.drawRBox(36, img_c, img_d, 15, 1);
u8g2.setDrawColor(1);
u8g2.drawStr(0, 45, "CO2: ");
u8g2.setCursor(30, 45);
u8g2.print(carbon_dioxide_value);
u8g2.drawStr(55, 45, "ppb");
u8g2.drawStr(0, 60, "TVOC: ");
u8g2.setCursor(38, 60);
u8g2.print(tvoc_ppb);
u8g2.drawStr(55, 60, "ppm");
if (img_a == img_a_trg) {
if (img_a == 4) {
img_a_trg = 24;
} else if (img_a == 24)
img_a_trg = 4;
}
HugoUI_Animation_EasyOut(&img_b, &img_b_trg, 100);
HugoUI_Animation_EasyIn(&img_a, &img_a_trg, 115);
HugoUI_Animation_EasyOut(&img_c, &img_c_trg, 100);
HugoUI_Animation_EasyOut(&img_d, &img_d_trg, 100);
Oled_DrawSlowBitmapResize(118 - img_a / 2, 50 - img_a / 4, gImage_humidity, 32, 32, img_a, img_a);
u8g2.sendBuffer();
if (digitalRead(button) == LOW) {
delay(100);
int startTime = millis();
while (digitalRead(button) == LOW) {
delay(50);
if ((millis() - startTime) > 3000) {
Serial.println("Resetting Zigbee to factory and rebooting in 1s.");
delay(1000);
Zigbee.factoryReset();
}
}
}
}

改進(jìn)計(jì)劃

得益于 Seeed Studio XIAO 擴(kuò)展板提供的眾多 Grove 接口，Jason計(jì)劃將其他傳感器集成到這個(gè)機(jī)器人中來收集更多數(shù)據(jù)。這將可以通過自動(dòng)化設(shè)備來控制其他的智能家居設(shè)備，例如當(dāng)空氣太干燥時(shí)啟動(dòng)除濕機(jī)，或者當(dāng)二氧化碳水平上升時(shí)運(yùn)行空氣循環(huán)裝置。總而言之，Jason說這個(gè)智能二氧化碳監(jiān)測(cè)器項(xiàng)目是一次受益匪淺的創(chuàng)新和學(xué)習(xí)之旅。通過將技術(shù)與設(shè)計(jì)相結(jié)合，他創(chuàng)造了一種不僅可以跟蹤空氣質(zhì)量還可以增強(qiáng)工作空間美感的設(shè)備。接下來他會(huì)逐步利用 Zigbee 連接不同的傳感器，打造智能家居生態(tài)系統(tǒng)。