基于ESP32的跳绳计数器与家庭环境数据感知中心

描述：这是一个偶然掉入电子DIY坑便深迷其中，从软硬件一窍不通慢慢摸索到今天的小白，一整套基于ESP8266/ESP32硬件和MQTT协议，进行的个人家居环境智能化改造尝试中的一个单元。9月8号才偶然看到嘉立创这个活动，准备时间紧迫，又是第一次发布开源不懂流程，中途几次嫌麻烦想放弃。但有感于这一年来多得嘉立创免费打板政策之惠、EDA软件推广中嘉立创在线技术支持人员的各种热情帮助，只得勉力继续前行，权当作一份作业来完成，尽个人绵薄之力，共行众人抬柴火焰高之举。

第一次分享项目，难免有疏漏之处，还请不吝指教。

硬件说明：

1. ESP32C3完成核心处理功能。项目中之所以加了外置flash是因为这几个C3是去年第一个复刻项目（烟云smog的充电站）不懂芯片型号被商家以无存储的片子糊弄了，一直闲着正好加上外置flash利用起来。
2. 四位数码管做数字、时间显示。选用TM1650纯是因为为了参与项目重新准备完整做一个的时候优信没有TM1637的片子了，只好现改了板子用了1650。
3. 声感电路部分移植的LM393声音传感器模块。
4. 温湿度计是基于AHT20芯片实现。由于AHT20手册中声明自己要独占一路I2C，而C3只有一路I2C，要与数码管共用。经过本人实际测试，实际使用并无明显音箱，只是在系统启动时会有一个I2C READ错误提示（前文说过之所以用这个片子也是无奈之选）。
5. 气压传感基于BMP280，由于本项目中I2C通道的使用现状，因此选择4线的SPI工作模式。
6. 加光敏电阻作为光线感应组件。是因为不想在每个人体感应灯中都加光敏电阻，只是想通过一个感知中心，将光感指数通过MQTT发送给家中所有感应灯。
7. 蜂鸣器与LED是计时的整点报时以及跳绳计数状态下满百、千的整数提醒。
8. PCB打板组装说明：整体项目需要三块板组装。中间是除温湿度感应的全部部件；底板是AHT20芯片和相关电阻电容，单拉出来是避免其他组件功耗散热对温湿度感知准确性的影响，同时与中间PCB一同形成电池空间；前面板是做遮盖用。

软件说明：

1. 基于VScode+PlatformIO环境编译
2. 建议部署有自己的MQTT服务器和HA服务器，功能实现起来更完整。之所以硬着头皮从软硬件纯白一点点学习自己做，就是因为从内心厌恶商家在家居智能化过程中的画地为牢、生态封闭。我的家，还能让别人做主了？
3. 手机端软件可以使用IoT MQTT Panel_0.45.18_Apkpure.apk以及Home Assistant。前者功能集成实现比较简单，后者界面更美观华丽，但需要HA服务端支持。（界面差异可以看后面图示）。

软件主要功能：

1. 支持网页配网，固件灌装后初次启动、使用中随时按需、无法启动救砖
2. 联网对时，基本的时钟显示、整点报时、番茄闹钟
3. 声感方式的跳绳计数，启动停止支持实体按键与远程协议控制。基本数据统计与信息上报（总数、实际跳绳时间、最大连跳次数与时长、平均频率），便于长期锻炼对比。
4. 声音感应敏感度可通过滑变电阻自行调节
5. 支持MQTT，通过MQTT实现温湿度、气压、光线强度等环境感知数据的上报，通过手机端软件集成展现，以及跳绳计数的统计数据上报展现。同时可以通过MQTT协议，实现手机端对计数启动停止、番茄闹钟启动停止的远端控制。
6. 支持OTA在线升级固件，通过网络就可以升级固件。
7. 支持多AP接入支持（自己搞的智能终端太多，一个AP已经无法稳定接入）。
8. 支持是否必须联网启动选择。
9. 支持HomeAssistant MQTT自动发现，可以使用MQTT集成，方便的进行信息展现与控制。

元器件采购：

      没有太特殊的元器件，除了电池、天线嘉立创或者优信都能一站式采购。BMP280单片价格高低不一，我是难分良莠，于是在优信家买的模块拆的。

器件焊接组装：

1. 先焊接中间核心板，如果使用外部Flash，建议先不焊Flash，待整体（不含穿透件）铁板烧完后，检测芯片焊接正常可以启动，再手工焊接flash。因为flash和芯片中间空间有限，一起焊上了ESP芯片存储这边的引脚有问题不好修。
2. 焊好flash就可以通过预留的测试点连接串口烧录固件，启动固件检测BMP280是否焊接正常，焊接正常就可以正常焊接数码管、排针、mic等穿透件。
3. 底板铁板烧AHT20及相关阻容。因为AHT是温湿度感应组件，焊接过程中的温度控制还是有影响的（最高260℃温度下，接触时间应小于30秒），如果不是手艺足够自信，建议继续铁板烧。毕竟400W铁板烧往死了也就250℃，只要注意时间就好了。
4. 都焊好后组装，烤机。AHT需要一个水合过程（传感器在>75%RH的环境下存放至少24小时，以保证聚合物的重新水合。否则将导致传感器读数漂移。也可以将传感器放置在自然环境（>40%RH）下5天以上，使其重新水合。）其间测量数值，主要是湿度会有偏差。强烈推荐做这样一个过程。组装前的各块板：正面（下板要焊AHT20相关器件及连接排针）

（中间板背面）

版本迭代：

     1. 原型机：ESP01S+数码管+LM386模块+蜂鸣器

      2.次代机：esp01s+数码管+LM386模块+蜂鸣器+实体控制按键（外置GPIO不够用，从片子飞出一根线来。。。。）

       3.当前形态（中间的铜柱还没到货，测试排针还没拆掉）

         4.铜柱M2(8+3）四个连接前板和中间板, M2(5+3)四个连接后板。考虑到后板和中间板的排针连接高度，后板和中间板的铜柱最长只能选择8+3，而且要在焊接后板排针的时候，将排针压一压，不要浪费长度。

           组装完成，拆掉排针后的最终形态

使用效果：

           与Home Assistant集成后手机端的展示界面

温湿度气压等环境数据显示（HA客户端与IOT MQTT Panel对比）

最后：

感谢@嘉立创，为业态的发展与壮大真金白银的付出，我相信有众多象我这样小白，正是在这样无私的扶持下慢慢入坑、学习、成长。发自内心的感谢，也衷心希望嘉立创越做越好，希望我们的整个电子产业和产业中的所有人都能越来越好。

感谢@神秘藏宝室，在我满头雾水搭不明白开发编译环境的时候，在各种编译环境选择中茫然无措的时候，是你热情帮助了我，引我入门，拉着我度过了软件入坑最困难的阶段，感激之情无时或忘。

感谢@oldfox126，正是你的国标五孔计量插座开源项目，尤其是软件的开源，让我能够完整的去学习一份项目代码该如何搭建架构，MQTT该如何去实现。回想初见这份代码的懵懂迷茫，到今天自己能够在消化的基础上去实现一些自己的目标，这种巨大的成长只有自己才清楚，我也希望你能了解，这种成长正是因了你无私的帮助与真正的开源精神。

感谢@小渣渣，提醒我良好习惯的养成，画板子要给自己留测试点，如何少给自己挖坑，多留后路；只可惜自己听得多，做得少，回回都是猴急的打了板子到手才发现想的不够完善。

感谢@yiplay，我的嘉立创EDA的使用，都是在照猫画虎复画你的ESP32S3开发板项目中完成的，我想除了你自己，没有人比我面对那个原理图以及PCB图时间更久了。

感谢所有帮助过我的人，前人无私的帮助是后来者成长的动力来源，后来者的成长也是对前人帮助的最好报答。这种帮助与成长薪火相传，便是开源精神传承与发扬。