1、项目总览

特性	描述
复刻难度	⭐️
耗材成本	￥50
主控制器	ESP32C3

这是一个简单又不缺实用的温湿度监测系统！这个系统基于ESP32-C3，还配备了一个2.13寸的墨水屏，可以实时显示环境的温湿度数据。这个项目旨在提供一种低功耗、实时更新的环境监测解决方案，特别适合家里或者办公室使用哦~

核心传感器食用的是盛思锐的SHT40传感器来采集温湿度数据，它具有高精度、低功耗和小尺寸的特点，非常适合用于各种环境监测应用。
主控用的是ESP32C3Mini模组，比较通用的芯片型号，资料也比较多。
屏幕是2.13寸墨水屏，电路同样支持其他尺寸的的墨水屏。
后面可以安装两颗 10mm * 1mm 的磁铁，可以成为冰箱贴。
其实这个可以早些天前发布的，结果3D外壳一直忘记下单了，快递又卡了几天。
关于复刻成本，其实是一个动态范围，主要看墨水屏了。

食物展示：

前面那个就是立创打印的面板，长宽尺寸60*30毫米。

Github上面存放了本项目所有的软件代码资源。
项目Github地址：MeowKJ/SimpleEInkEnvMonitor

OSWHub上面存放了本项目所有的硬件设计资源。
项目OSWHub地址：小气象喵温湿度监测仪

Github文件夹说明

文件夹	作用	文件夹	作用
1.Hardware	为空，请参考OSWHUB	4.Docs	包含文档文件，如数据手册和开发者指南
2.Firmware	为空，请参考Release栏目	5.Design	包含设计相关文件，如UI设计和图标等
3.Software	包含项目源代码	6.Tools	包含工具和实用程序的工具

2、项目属性 & 开源协议

该项目是首次公开，并且为原创项目，项目没有在其他比赛中获奖。

开源协议GPL 3.0

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水平有限，硬件&代码有任何问题请详尽指出

3、硬件部分

硬件设计基于ESP32-C3-MINI-1-N4模块，温湿度来自盛思锐的SHT40，墨水屏建议2.13寸正好配合板子。

硬件概述

这几天刚赶完，电脑坏了。功耗没测不好说，但我猜测应该是不高的，这板子不小，可以上块大容量锂电池告别续航焦虑，可以把3d模型屁股做厚一点，搞块大电池。
优化建议：

• AD那里得加个MOS做个开关，或者直接不要。
• 那个RTC芯片直接不要了
• 软件优化
• 搞点微弱能量供应，我觉得搞点室内光小太阳能板说不定可以，毕竟她生命的绝大多数时间都该去睡觉。

设计文件中Basic和Basic+的区别
Basic就是现在展示的这块PCB，Basic+是我针对低功耗进行优化的PCB，LDO换成DCDC，加入了一些电子开关等等优化，但是由于改变了按钮，3D外壳就不通用了。

材料说明

关键的材料是墨水屏，ESP32C3模组，墨水屏的排线接线

Ⅰ. 墨水屏

墨水屏（E-Ink屏）是一种采用电子墨水技术的显示屏，具有类似纸张的显示效果。

这也是我第一次做墨水屏，不知道市场价格怎么样，好像听说挺贵的。现在用的这个墨水屏是在某鱼上面找到个3色的，捡了几个，邮费比屏贵，应该还有更便宜的。
还有那种电子标签成品的更便宜，可惜买了一个没拆好把屏弄碎了。 那个粘的胶是真的紧，屏幕碎了那个片片还粘在上面。
总之，颜色无所谓，大小即使不同应该都通用，改代码就行，是24Pin的就好。当然，这个设计和3D外壳推荐使用的是2.13寸的墨水屏。

Ⅱ. 主控ESP32-MINI-1-N4

ESP32-C3-MINI-1 是一款通用型 Wi-Fi 和低功耗蓝牙 (Bluetooth LE) 模组

选择C3主要是因为它的价格低，功耗也小。
其实感觉不便宜，虽然不到十块钱，但不能说只要几块钱。便宜的店不包邮，包邮的店贵，我愿称之为价邮守恒定律。
焊接要注意一下，类似QFN那种铜在板子底部的封装，理论上焊接至少需要加热台或者是风枪，或者是打火机。

ESP32C和ESP32、ESP32S系列比起来最大的特点就是价格美丽，非常适合做一些比较小的东西，在价格和功耗方面比较有优势。
ESP32C3出了个升级款叫做C6，好像性能更强，还没有阉割低功耗协处理器，但是价格似乎较高，是C3的两倍。

Ⅲ. 墨水屏的24Pin排线接子

注意是0.5mm上接。那个屏幕折过来以后，接触铜朝外。

Ⅳ. 侧贴开关和按钮

柄长越长越好，因为长了可以裁掉，短了就没办法了。

重要电路

Ⅰ.墨水屏驱动

经典的墨水屏驱动电路，BS一般接地，需要修改R2和L2的值来面对不同型号的墨水屏。

Ⅱ. 传感器

Sensirion SHT40 数字温湿度传感器 ±1.8% / max. ±3.5% RH 传感器，性价比高。采用胶带和卷装包装，标准SMD组装工艺，适合大批量应用。
基于优化的CMOSens®芯片，低功耗，精度高。供电范围广，从1.08V到3.6V，适合移动和电池驱动应用。小巧的DFN外壳适合紧凑设计，符合JEDEC JESD47认证，且符合RESET®和WELL Building Standard™健康建筑标准

SHT40供电在1.08 - 3.6V不适合5V系统。那这个系统为什么不使用更低的电压，像PC电脑一样降压降低功耗呢，主要是因为ESP32的这个模组的电压范围是3.0 - 3.6V，也就是建议电压是3.3V，当然墨水屏的工作电压也是3.3V。
传感器的接线很简单，给它配了一颗电容。SDA和SCL使用4.7KΩ电阻上拉，满足IIC总线开漏的需求。

这是SHT40传感器设计建议

Ⅲ. 锂电池充电和5V转3.3V

锂电池充电采用TP4054，TP4056的可爱版🌟，R15为2KΩ用来配置充电电流为500mA。

5V转3.3V需要注意，需要使用低压差LDO。
常规LDO（如AMS1117）可能在接入锂电池（压差<1V）时可能会遇到一些小麻烦。
ME6211数据手册强调，它可以在压差仅为100mV的情况下提供100mA的最大输出电流$(100mV@Iout=100mA)$💪(没测试不知道这是不是真的)。
ME6231数据手册指出，它可以不要C27和C29这两颗100nF旁路电容，同时兼容陶瓷电容。我这里加上了有两个用意：1.兼容其他型号的LDO。2.我忘了可以不加。
✨ 推荐使用DC-DC转换器，能提升效率哦，增加低功耗能力，不过成本可能会稍微高一点~ 💫

Ⅳ. 其他一些说明

• USB上面的5.1KΩ电阻用来适配PD使其输出5V
• IO9也就是BOOT引脚上拉的那颗电阻可以不要，内部弱上拉
• 模组那里供电最好还是加几个电容，虽然模组内部是有的。但是参考设计上加了。

PCB说明

东西不是很多，简单布局拉拉线就好了，没有太多需要注意的

PCB的整体布局

元件封装采用0603，非常适合手焊哦。整体PCB大小刚好匹配2.13寸的墨水屏，设计为全贴合，背面没有元件。板子剩余空间超级充足，可以加入更多功能呢！💡比如再上点传感器，什么有害气体之类的，毕竟IIC总线在这呢。
电源设计要注意，确保电流先经过电容，再到达元件。当然我觉得这个电路随便排排再拉个自动都可能也不会出问题，当然非常不推荐这样做哦。ESP32模块的顶部天线位置和SHT40传感器下面需要禁用铜铺层。

PCB焊接实物

使用小小加热台进行焊接，焊接水平一般，勉强可用。

4、软件部分

软件使用了PlatformIO使用Arduino库进行开发，Board和Library已经集成好，克隆下来以后只要网络好，不需要像原生Arduino去配置板子安装库等等繁琐的操作，可以直接编译成功，非常适合初学者进行二次开发。目前测试了MAC和Win系统，均可以克隆下来等待资源自动下载后一键编译下载，无需进行其他配置。

软件概述

使用到的库	版本
adafruit/Adafruit SHT4x Library	^1.0.4
zinggjm/GxEPD2	^1.5.8
olikraus/U8g2_for_Adafruit_GFX	^1.8.0
bblanchon/ArduinoJson	^7.1.0

PART: A - 软件环境配置

简单的PlatformIO环境配置，有经验的可以自己按照自己的喜好来

I. 下载安装PlatformIO

准备以下工具和软件

• 电脑 (Win，Mac，Linux系统均可)
• VSCode
• 可以加快PlatformIO下载网络加速器(可选/建议)[下面的方法二选一]
  • 代理走TUN模式(虚拟网卡)
  • 在VScode左下角 设置-代理 里面可以配置VSCode的代理

1. 打开 VSCode，点击左侧扩展图标，搜索并安装 PlatformIO IDE 插件。
2. 安装完成后，重启 VSCode。

II. 下载并导入工程

工程 GitHub 地址: SimpleEInkEnvMonitor 喜欢别忘了点一个Star🌟!

1. 从 GitHub 下载工程压缩包并解压。（如果安装了git的话，更推荐先 fork 再 clone 项目，这样可以对自己的代码进行版本控制）
2. 在 VSCode 中打开 PlatformIO Home（点击左侧的蚂蚁图标）。
3. 选择 Open Project 并浏览到你的工程目录，选择刚才下载的文件夹中的 3.Software 文件夹下的 esp32c3 文件夹导入。PlatformIO 会自动下载并安装依赖文件。
4. 将 include 文件夹中的 config_example.h 复制一份改名为 config.h，并修改 config.h 文件以完成配置参数。

III. 编译和下载代码

1. 如图所示，选择env Board为env:meow_weather_board，可能选择后又要进行下载一些资源。
2. 将板子通过USB和电脑连接，检查串口是否正确连接。
3. 点击左下角的Build按钮（对勾图标✅）编译代码。
4. 编译成功后，点击左下角的Upload按钮（箭头图标➡️）将代码上传(下载)到设备上。(ps：直接点上传也会编译一次代码，所以在一般情况下第三步可以省略。)

如果ESP32C3进入休眠模式Deep-Sleep后，就识别不到USB了，可以按住IO9/BOOT开关的同时按一下RST按钮进入Download模式。
完成这些步骤后，你的工程就成功安装并运行了。如果有任何问题，请参考 PlatformIO 的官方文档或社区资源以获得帮助。

PART: B - 重要的代码

代码部分经验不多，有什么问题或者改进的地方请多多指出

Ⅰ. 引脚的定义

引脚的定义代码在boards/variants/meow_weather_board/pins_arduino.h文件中
主要定义了 IIC（用来驱动SHT40传感器）和 SPI（用来驱动墨水屏），如果要更改线路墨水屏的话，这里修改引脚定义

Ⅱ. 墨水屏型号选择

墨水屏驱动使用的是GxEPD2也是比较常见的一个墨水屏驱动库，具体的说明可以去阅读库文档。
GxEPD2的GitHub地址 https://github.com/ZinggJM/GxEPD2

型号选择的代码在 include/GxEPD2_display_selection.h 文件中。
在文件中有四个选项来选择墨水屏的类别：

• GxEPD2_BW：普通的双色墨水屏
• GxEPD2_3C：三色墨水屏
• GxEPD2_4C：四色墨水屏
• GxEPD2_7C：七色墨水屏

只需选择一个类别，方法是取消注释所需的行，并将其他三个选项注释掉。

接下来，在文件的下面部分选择具体的墨水屏型号。例如，我选择的是 GxEPD2_213_Z98c，这是我使用的三色墨水屏。如果选择的型号与上面选择的类别不匹配，会出现报错哦。🛠

Ⅲ. 获取天气

本项目使用心知天气的免费天气查询API。首先，注册一个账号，然后在心知天气控制台中获取API密钥中的私钥填入include/config.h文件如下位置中。

当然，其他天气服务也是可以用的。请求心知天气的代码在src/Network.cpp文件中，代码非常简易，仅仅只是一个HTTP-GET请求，然后在返回的JSON格式字符串中找到code字段，获取其后面的内容，即气象识别代码。然后，在src/Weather.cpp中，定义了一些气象识别码和天气图标的转换关系。
并没有用到ArduinoJSON库，不过，如果需要解析更多内容，使用JSON解析库可以省时省力省心。
下面是一个读取天气的代码。

Ⅳ. 获取传感器数据

这个世界上没有一件比在Arduino上驱动一些常用小模块更简单的事情了。SHT4x也是一种很常用的传感器了，直接下载Adafruit SHT4x Library库！
具体可以看库的说明，提供了3种精度模式和6种加热模式。在数据手册中为什么SHT4x下面不建议放焊盘，也许是怕加热器消耗更多能量吧。下面是一个简单的代码使用说明。

Ⅴ. 墨水屏的代码

基本上就是调用GxEPD2库，例程和教程应该相当多，有条件的可以上LVGL库去做UI。
u8g2的自定义字体教程需要的话评论区说一下后期我会补充。

下面是一个基础的用自定义字库现实温度和湿度的简单显示例子，具体的代码在src/EPaper.cpp文件中。

Ⅵ. 屏幕上的猫猫

屏幕上的猫猫是一个点阵画，我想做一些优化，更丰富的猫猫升级！比如下雨天的时候显示猫猫打把伞，晚上的时候显示猫猫在睡觉等等。但是这也挺困难的，毕竟目前这个画猫猫的位置大概只有40x40个像素左右，而且最多只有两种颜色。

灰度显示还没有做，暂时没有这个需求。

6.外壳与3D模型

外壳使用Fusion360制作，我不是专业的设计者，简单的画了一下

这是3D设计的一个外壳，采用新手火柴盒形式设计，正面需要贴上立创打印的面板。面板的设计文件和PCB的在一块。
3D外壳的STL文件发布在Github Release栏目中。

我这台3D打印机有点老了，精度不是很高，想攒钱买一台拓竹的A1mini，听说性价比很高。

打印出来的成品不太行，后来还是用的立创三维猴打印的。

表面上这个是立创打印的柔性面板。

全家福

冰箱贴模式

7、大赛LOGO验证

搞到张彩色丝印券，打了个彩色的

8、项目总结

首先感谢立创的这个温湿度训练营，除了领到了免费的券，还学到很多东西。我最开始使用嘉立创的时候，那个时候还是5元免费打样，到现在6层沉金免费打样，还有这么大的产业链和社区，感觉真的不可思议，为我们这种家境贫寒的学生DIY爱好者提供了极大地帮助，我已经很久很久没有用过洞洞板了。

盛思锐的传感器做的真的挺小的，用的SHT40其实和0603的阻容大小不相上下，我看那个图还以为挺大的。

项目中的ESP32应该可以接入智能家居，比如Apple Homekit或者米家，但我暂时没有条件去做这个。我非常建议将其接入智能家居系统，作为桌面小组件会非常方便。

话说在做这个项目之前，我都不知道原来墨水屏断电可以保存内容，然后主要用于在电子标签，阅读器之类的。搞个大尺寸的做个日程表或者是通知表挺有意思，或者收邮件，挂墙上去展示一些信息。这个项目的其实也没啥时间去做，代码功能也就最基础的，基本上能开源东西的都开源了，改改就行。第一次做墨水屏，好在基本上没遇到什么问题，社区里面开源的墨水屏项目也很多，照着电路图改改就OK了。电路设计的时候没啥雷点，一次画完就没改了，倒是那个屏幕排线比想象中的长，布局上最好排线再往内部靠靠。板子挺大的，空间听够用的，0603的封装也好焊接，除了ESP32那个模块第一次好像没焊好，然后重新小焊了一下就好了。在写代码的时候，还是尝试了其他的库，试了一些别的，最后还是用的GxEPD2，倒是一开始墨水屏刷不出来，除了型号不确认之外，发现是因为我丝印上面标的引脚号标歪了，浪费些时间。

注：我这个3色墨水屏刷一下要10秒，多色的好像刷新时间都挺长的。

9、演示视频

视频要求：

请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内；

视频标题；组装视频-墨水屏刷新视频

10、附件

附件的内容，源码包，3D模型源自项目Github可能不会实时更新，最新的内容还是参考Github。
https://github.com/MeowKJ/SimpleEInkEnvMonitor