1、项目功能介绍

本项目桌面环境监控一款采用立创梁山派开发板为主控核心采用实时操作系统FreeRTOS实现任务模块化，每个任务都是独立运行的，互不影响。打造一款桌面型的环境监控仪，内置高精度传感器的温湿度检测仪器，采用盛思瑞（Sensirion）SHT30温湿度传感器，用于监测室内环境的温度和湿度。使用三合一VOC/CO2/CH2O气体传感器监测室内空气质量，检测甲醛气敏。控制端采用红外发射模组，可控制家电和电子产品（需自带红外模块）。同时，通过WIFI连接获取地区的天气情况，可以连接网络云平台上传数据，手机端可实时查看和简单控制家电和电子产品。本项目既满足室内环境检测需求，又可以作为桌面小摆件使用。显示部分采用4.3寸RGB接口屏，配合LVGL实现实时显示检测数据及人机交互。

2、各功能模块电路介绍

1.立创梁山派核心板
立创·梁山派开发板是基于GD32F450ZGT6全国产化开源开发板，资源接口丰富，完善的配套视频教程、文档教程、实验案例。提供在线编译器，10分钟快速入门。开源设计,适合新手入门与项目方案评估。

2.温湿度传感器模块
温度模块使用的是由瑞士传感器制造商Sensirion公司生产的SHT30，是一款数字温湿度传感器，它可以精确测量环境的温度和湿度，并具有低功耗、高精度和广泛的应用领域等特点。SHT30传感器在智能家居、工业自动化、气象站等领域有着重要的作用，被广泛应用于各种电子设备和系统中。该传感器电源电压范围广，从2.15 V到5.5 V，使用I2C接口，通信速度高达1MHz和两个用户可选地址，典型精度为±1.5%相对湿度和±0.1°C。
使用梁山派驱动SHT30传感器时，因为SHT30传感器是一款I2C总线设备，在工作时需要使用到I2C通信协议，使用在设计过程中需要对时钟线与信号线各加上一个4.7kΩ的上拉电阻，以确保在I2C总线上的信号传输过程中，保持信号线的稳定性和可靠性，避免干扰和数据错误，确保数据传输的准确性。

3.气体传感器模块
使用TVOC-CO2三合一空气质量监测对室内空气进行测量。该模块可探测的探测气体：氨气、氢气、酒精、一氧化碳、二氧化碳，甲烷、甲醛等有机挥发气体；香烟、木材、纸张燃烧烟雾、油烟等。灵敏度达0.1ppm氢气，测量量程为：总有机挥发物（TVOC）：0-2.000mg/m³ 、二氧化碳（CO2）：350-2000pp(模拟值)、甲醛（HCHO）：0-1.000mg/m³。模块输出数据为UART（5V电平），本产品输出数据则是接入梁山派UART4外设上。

模块特点：零点标定、三合一数据输出、高灵敏度、长寿命、低功耗、自动校准、自带温湿度补偿、UART串口信号输出，应用简单。

常应用于车载及家用空气净化器、多合一空气质量监（检）测仪、便携式多功能空气质量测试仪等。

4.红外模块
红外学习模块，顾名思义，通讯介质是红外线，使用的载波频率是38KHz。工作原理用户给红外学习模块的串口发送命令，使模块进入内部或外部存储学习模式。当用户按遥控器上面的按钮，模块会收到红外编码数据，之后把编码数据存储到芯片内部Flash中或按照协议规约通过串口发送出去；当用户再次给模块串口发送命令，调取模块内部存储的编码数据或直接用串口给模块发送编码数据，此时，模块会把编码数据调制在38KHz红外载波中，通过红外发射头发送出去，进而达到控制家电的目的，目前测试的有效距离5～8米左右。目前支持学习转发的家电有空调、电视机、机顶盒、风扇等市面上99%红外遥控器的按键编码。

模块功能特点：本红外学习模块支持波特率设置及查询、支持模块地址设置及查询、支持红外遥控码编码内部存储及外部存储、支持发送内部存储编码和外部存储编码、支持上电自动发送内部存储编码、支持内部红外编码读取及写入、支持复位及格式化等众多功能。工作电压3.3～5V（5V 供电效果最佳）、工作电流5～30mA、红外载波频率38KHz、遥控距离5～8米、通讯接口TTL。

本项目采用梁山派的USART2进行红外码发送，发送前需要对目标产品的红外遥控码编码进行学习，通过调取模块内部存储的编码数据直接用串口给模块发送编码数据。

5. HLK-V20语音模块
HLK-V20是海凌科电子针对大量纯离线控制场景和产品推出的高性能纯离线语音识别模块，可广泛且快速的应用于智能家居、各类智能小家电、86盒、玩具、灯具、工业、 医疗、物联网、汽车、安防与照明等需要语音操控的产品。 HLK-V20支持150条本地指令离线识别，可自由定制唤醒词、命令词与应答播报词，具有丰富的外围接口。
语音识别模块是可以由我们自由设计命令词的，可以通过在线配置平台进行配置。配置完成之后会生成一个语音识别固件，我们要将固件下载到模块里，通过模块的B6,B7引脚进行下载。所以下方通过排针的方式引出了B6,B7引脚方便我们下载。还需要注意的是，在下载固件时，要先将模块断电。待下载工具识别到模块之后，再给模块通电，才可以正常下载。这个通断电操作，由原理图中的使用对CN1跳帽进行控制实现。

6. ESP8266-12F模块
ESP8266：ESP8266是一款由乐鑫（Espressif Systems）开发的低成本Wi-Fi芯片，它集成了处理器、Wi-Fi模块、存储器和其他外设。ESP8266芯片通过串行接口（如UART或SPI）与其他设备（如微控制器）通信，并提供了与Wi-Fi网络的连接和通信功能。

ESP-12F：ESP-12F是ESP8266系列的一个具体模块型号。它是基于ESP8266芯片设计的模块，包含了ESP8266芯片本身以及附加的外部元件，如天线、电源管理电路和引脚引出等。ESP-12F模块的特点是小巧紧凑，引脚数量较多，可直接焊接在PCB上。

本设计中，采用ESP8266-12F进行数据上传云平台以及获取地区实时天气。将其内部TX、RX通信引脚、复位引脚及用于设置模式引脚IO0引出用于后面对其进行固件烧录做准备。

7.风扇模块
该模块主要是用于模拟测试使用。

8.电源部分
12VDC电源输入电路 如要节约电路成本，该部分电路可以不焊接整个系统供电也可正常运行。(需要type-c接梁山派上)
本项目的+5V与+3.3V电源电路采用MP2359 及AMS1117-3.3芯片。

MP2359是一款内置功率 MOSFET 的单片降压开关转换器。在宽输入范围内，可提供 1.2A 的峰值输出电流，具有极好的负载和线性调节性能。电流控制模式提供了快速瞬态响应，并使环路更易稳定。

MP2359工作电压范围：4.5V 至 24V 宽输入，可调输出范围：0.81V 至 15V。

设计参考了12V稳压5V MP2359芯片手册（官方英文）。数据手册提供了经典范例，实现了12V-5V的降压操作，以及其外围电路的设计。这里我加入一个开关控制，当拨码开关打开时外部电源输入。

5V转3.3V电路 如要节约电路成本，该部分电路可以不焊接整个系统供电也可正常运行。(需要type-c接梁山派上)
AMS1117-3.3是一款输出电压为3.3V的正向低压差稳压器，适用于高效线性稳压器、开关电源稳压器、电池充电器、有源小型计算机系统接口端子、笔记本电脑供电仪器的电源管理电池。

AMS1117-3.3 输出电压范围：3.201 V~3.399V ；精度：1％

电路从左到右分别是输入、接地和输出。当12V稳压5V后，VBTN接入芯片输入+5V网络。C5和U18为输出滤波电容，用于抑制自激振荡。如果这两个电容不接，线性稳压器的输出通常会是一个振荡波形。

9.立创4.3RGB接口屏
屏幕用于实时显示数据及人机交互。

10.引脚选择
通过查阅屏幕资料后分析得知，4.3RGB接口屏主要接入了HSYNC(PC6), VSYNC(PA4), PCLK(PG7), DE(PF10)，LCD_R7(PG6), LCD_R6(PA8), LCD_R5(PA12), LCD_R4(PA11), LCD_R3(PB0), LCD_G7(PD3), LCD_G6(PC7), LCD_G5(PB11), LCD_G4(PB10), LCD_G3(PG10), LCD_G2(PA6), LCD_B7(PB9), LCD_B6(PB8), LCD_B5(PA3), LCD_B4(PG12), LCD_B3(PG11)对以上引脚我们不能再复用其他功能，所以我们需要寻找其他特殊功能复用引脚，通过查阅手册资料选择以下引脚：
ESP8266-12F：串口号：USART1 管脚：PD5（TX）PD6（RX）复用号：GPIO_AF_7

HLK-V20语音模块：串口号：USART5 管脚：PG14（TX）PG9（RX）复用号：GPIO_AF_8

红外模块：串口号：USART2 管脚：PC10（TX）PC11（RX）复用号：GPIO_AF_7

气体传感器模块：串口号：UART4 管脚：PC12（TX）PD2（RX）复用号：GPIO_AF_8

温湿度传感器模块:SDA: PB7 SCL:PB6

3、软件部分介绍

1.FreeRTOS
本设计使用实时操作系统软件设计，采用嵌入式实时操作系统(RTOS)可以更合理、更有效地利用CPU的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。FreeRTOS操作系统是完全免费的操作系统，具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点，可以方便地移植到各种单片机上运行。

使用FreeRTOS提供的API接口来进行任务管理、内存管理、时间管理、中断处理等操作。系统将时间分割成很多时间片，然后轮流执行各个任务。每个任务都是独立运行的，互不影响。
关于FreeRTOS移植网上有很多移植过程，这里就不详细赘述。

2.LVGL
本设计显示软件设计使用的是LVGL，LVGL是一个开源的嵌入式图形库，它提供了丰富的图形组件和动画效果，可以帮助开发者在嵌入式设备上实现漂亮的用户界面。LVGL具有跨平台的特性，支持多种操作系统和微控制器架构，因此被广泛应用于各种嵌入式设备中，如智能家居产品、工业控制设备、医疗设备等。LVGL还提供了丰富的文档和示例代码，方便开发者快速上手并定制自己的界面风格。
本设计使用的是LVGL8.2版本
关于LVGL移植网上有很多移植过程，这里就不详细赘述。

3.心知天气
本设计使用的天气获取的API为心知天气https://www.seniverse.com/ 注册后选择版本，为了方便展示设计使用的是14天试用版。

记住产品的API密钥，点击产品管理，点击试用版，API密钥

接下来我们需要获取API接口获取数据，打开产品文档，选择天气实况，点击蓝色天气实况

接口地址就是我们的API接口，需要把黑色框your_api_key改成自己的API密钥

我们在浏览器测试我们是否可以获取正确的信息

这样子我们就可以把API接口放入到程序里面，让ESP8266去获取天气数据。

4、功能界面介绍

4.1开机界面
开机进度条动画完成后，进入密码输入界面

密码输入正确进入主界面
4.2主界面
主界面由三个平铺视图，第一个是未来五天天气预报，第二个为主界面，第三个为空调控制界面。
主界面 ：显示时间、天气现象图标、天气现象文字、室外温度、气温温度最高值与最低值、风向、风力等级、室内温湿度、室内空气浓度以及四个图片控制按钮。

天气预报：包含日期、天气现象图标、天气现象文字、气温温度最高值与最低值以及风向和风力等级。

空调控制界面：使用的是按钮矩阵部件实现，按下-，+会进行温度加减。

4.3学习界面
点击后当天未打卡会提示是否打卡，选择OK即可打卡成功，当天打卡成功后不能再进行打卡。

4.4统计界面
主要统计传感器的数值以及心知天气的一些天气信息。预留退出按钮

4.5控制界面
目前控制界面主要是做了空调控制界面，预留退出按钮，后续会逐渐优化增加。

5.由于个人能力有限，加上时间问题，难免会有一些小bug，部分功能并未完善，后续还会持续优化链接：https://oshwhub.com/dzxhhjn/based-on-liangshan-pai-room-desk。

** 6.注意：3D打印外壳设计不合理，请不要直接使用工程里的3D文件**