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Tinycorder：打造你的多功能環(huán)境感知與信號測試神器

在科幻電視劇《星際迷航》中，三錄儀（Tricorder）是一種多功能的便攜式設(shè)備，能夠感知環(huán)境、分析物質(zhì)成分、甚至進(jìn)行醫(yī)療診斷。如今，這種看似只存在于科幻中的設(shè)備，正在逐漸走進(jìn)現(xiàn)實。今天，我將為大家介紹一個非常有趣的 DIY 項目——Tinycorder。這是一個小巧的多功能設(shè)備，旨在向《星際迷航》中的三錄儀致敬。它不僅可以感知環(huán)境，還能測試電氣信號，甚至可以作為一個電子徽章使用。
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項目簡介

Tinycorder 是一個由 SirGalaxy 在 Instructables 上分享的項目，它集成了多種傳感器，能夠測量光照、空氣質(zhì)量、溫度、濕度和氣壓等多種環(huán)境參數(shù)。此外，它還可以作為一個簡單的信號測試儀，測量模擬信號。這個設(shè)備小巧輕便（75x85x10mm，重量僅 70 克），并且功耗極低，非常適合日常攜帶和使用。

主要功能

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Tinycorder 的主要功能包括：

環(huán)境感知：
- 光照測量：使用 AS7341 傳感器，能夠測量 7 個可見光和近紅外（NIR）波段的光照強度。
- 空氣質(zhì)量測量：使用 SCD40 傳感器，能夠測量二氧化碳（CO2）濃度和空氣質(zhì)量。
- 氣象測量：使用 BMP280 傳感器，能夠測量溫度、濕度和氣壓。
信號測試：
- 提供兩個前部引腳，可以測量模擬信號，類似于簡單的示波器功能。
顯示與交互：
- 配備一塊 400x240 像素的 Sharp Memory Display，功耗極低，適合長時間使用。
- 提供一個電源開關(guān)和三個按鈕（上、下、確認(rèn)），用于用戶交互。
便攜性：
- 設(shè)備小巧輕便，配備掛繩孔，可以掛在脖子上或手上，方便攜帶。

所需材料

在開始制作之前，我們需要準(zhǔn)備以下材料和工具：
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電子元件

Seeed Studio XIAO ESP32C3 微控制器：作為設(shè)備的核心處理單元。
150mAh 鋰電池：為設(shè)備供電。
電源開關(guān)和 3 個按鈕：用于控制設(shè)備的開關(guān)和用戶交互。
Sharp Memory Display 400x240px：低功耗的顯示屏，用于顯示測量數(shù)據(jù)。
AS7341 光照傳感器：用于測量 7 個可見光和近紅外波段的光照強度。
SCD40 空氣質(zhì)量傳感器：用于測量 CO2 濃度和空氣質(zhì)量。
BMP280 氣象傳感器：用于測量溫度、濕度和氣壓。
2 個引腳頭：用于測量模擬信號。

3D 打印材料

PLA 耗材：用于打印設(shè)備的外殼。
3D 打印機：用于打印設(shè)備的上下外殼。

其他材料

熱熔膠：用于固定傳感器和電線。
螺絲和螺母（M3x10）：用于連接上下外殼。

制作步驟

步驟 1：連接 Perfboard 和顯示屏

首先，我們需要將 Perfboard 和顯示屏連接在一起。根據(jù)提供的原理圖進(jìn)行焊接或使用熱熔膠固定。注意，某些元件可能不在 Fritzing 庫中，因此實際連接可能與原理圖略有不同。務(wù)必仔細(xì)閱讀原理圖中的注釋。

步驟 2：連接所有傳感器和顯示屏

顯示屏：使用 3 個引腳連接 SPI 接口。
傳感器：使用 2 個引腳連接 I2C 接口。
按鈕：連接 3 個按鈕（上、下、確認(rèn)）。
模擬信號引腳：將兩個引腳連接到前部的引腳頭上，用于測量模擬信號。
焊接 XIAO ESP32C3：將 XIAO ESP32C3 焊接到 Perfboard 上，注意對齊孔位。XIAO ESP32C3 的底部有兩個焊盤，用于連接電池，需要在底部焊接。

步驟 3：在底部粘貼傳感器和電線

將傳感器和電線粘貼到底部，確保所有元件固定牢固。參考圖片進(jìn)行操作，確保傳感器和電線不會松動。
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步驟 4：在前部粘貼電池

將鋰電池粘貼到設(shè)備的前部，確保電池固定牢固。可以使用熱熔膠進(jìn)行固定。
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步驟 5：連接上下外殼

使用 M3x10 螺絲和螺母將上下外殼連接在一起。在設(shè)計外殼時，我進(jìn)行了多次迭代以確保所有組件都能完美適配。如果你已經(jīng)設(shè)計好外殼，建議先打印外殼，然后根據(jù)外殼的尺寸調(diào)整電子元件的位置，最后進(jìn)行粘貼。我的設(shè)計中包含了一個用于手腕帶的孔，顏色與 PLA 一致，看起來非常協(xié)調(diào)。
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步驟 6：完成設(shè)備

目前，Tinycorder 的代碼仍在開發(fā)中。主要功能（如主菜單、徽章模式和光譜儀）已經(jīng)完成，但其他功能仍在建設(shè)中。下一步計劃包括：

優(yōu)化代碼：完善主菜單和其他功能。
監(jiān)控電池電壓：通過指示燈顯示電池電量。
添加蜂鳴器：用于提醒和報警功能。
增加測試功能：如示波器功能。
新增功能：根據(jù)需求不斷添加新功能。

代碼示例

以下是 Tinycorder 的部分代碼示例，展示了如何初始化傳感器和顯示數(shù)據(jù)：

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Adafruit_SCD4X.h>
#include <Adafruit_BMP280.h>
#include <Adafruit_AS7341.h>

#define SCREEN_WIDTH 400
#define SCREEN_HEIGHT 240
#define OLED_RESET -1

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
Adafruit_SCD4X scd4x;
Adafruit_BMP280 bmp280;
Adafruit_AS7341 as7341;

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // Initialize display
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for (;;);
  }
  display.clearDisplay();

  // Initialize SCD4X
  if (!scd4x.begin()) {
    Serial.println("SCD4X sensor not found");
    while (1);
  }

  // Initialize BMP280
  if (!bmp280.begin()) {
    Serial.println("BMP280 sensor not found");
    while (1);
  }

  // Initialize AS7341
  if (!as7341.begin()) {
    Serial.println("AS7341 sensor not found");
    while (1);
  }

  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(0, 10);
  display.println("Tinycorder");
  display.display();
}

void loop() {
  // Read SCD4X data
  float co2 = scd4x.readCO2();
  float temp = scd4x.readTemperature();
  float humidity = scd4x.readHumidity();

  // Read BMP280 data
  float pressure = bmp280.readPressure() / 100.0;

  // Read AS7341 data
  uint16_t channels[7];
  as7341.getChannels(channels);

  // Display data
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.print("CO2: ");
  display.print(co2);
  display.print(" ppm");
  display.setCursor(0, 10);
  display.print("Temp: ");
  display.print(temp);
  display.print(" C");
  display.setCursor(0, 20);
  display.print("Humidity: ");
  display.print(humidity);
  display.print(" %");
  display.setCursor(0, 30);
  display.print("Pressure: ");
  display.print(pressure);
  display.print(" hPa");
  display.setCursor(0, 40);
  display.print("Light: ");
  for (int i = 0; i < 7; i++) {
    display.print(channels[i]);
    display.print(" ");
  }
  display.display();

  delay(1000);
}

測試與使用

測試步驟

連接電源：使用 Micro USB 數(shù)據(jù)線為 Tinycorder 供電。
檢查顯示屏：確保顯示屏能夠正常顯示數(shù)據(jù)。
測試傳感器：檢查各個傳感器是否能夠正常工作，顯示正確的數(shù)據(jù)。
測試按鈕：確保按鈕能夠正常響應(yīng)，實現(xiàn)用戶交互功能。

使用建議

日常攜帶：由于 Tinycorder 小巧輕便，可以方便地掛在脖子上或手上，適合日常攜帶。
環(huán)境監(jiān)測：使用 Tinycorder 監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，如空氣質(zhì)量、溫度和濕度。
信號測試：使用前部的引腳頭測量模擬信號，進(jìn)行簡單的電氣測試。

項目擴展

Tinycorder 的設(shè)計和功能仍在不斷完善中，以下是一些擴展建議：

優(yōu)化代碼：進(jìn)一步優(yōu)化代碼，完善更多功能，如示波器模式。
添加蜂鳴器：添加蜂鳴器，用于提醒和報警功能。
監(jiān)控電池電壓：通過指示燈顯示電池電量，及時提醒用戶充電。
美化外殼：使用噴漆或貼紙美化 3D 打印的外殼，使其更加美觀。
新增功能：根據(jù)需求不斷添加新功能，如藍(lán)牙傳輸、數(shù)據(jù)記錄等。

總結(jié)

Tinycorder 是一個非常有趣且實用的 DIY 項目，它不僅能夠讓你親手制作一個多功能的環(huán)境感知和信號測試設(shè)備，還能讓你學(xué)習(xí)到 3D 打印、電子電路搭建和 Arduino 編程的基礎(chǔ)知識。通過這個項目，你可以實現(xiàn)對多種環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，并通過低功耗的顯示屏清晰地顯示數(shù)據(jù)。更重要的是，你可以根據(jù)自己的需求對項目進(jìn)行擴展和定制，讓它成為你獨一無二的多功能設(shè)備。

希望這篇文章能夠激發(fā)你的創(chuàng)造力，讓你動手制作屬于自己的 Tinycorder。如果你在制作過程中遇到任何問題，歡迎在評論區(qū)留言，我會盡力為你解答。如果你已經(jīng)完成了這個項目，也歡迎在評論區(qū)分享你的作品，讓我們一起交流和學(xué)習(xí)！

希望你喜歡這個項目，并在構(gòu)建過程中找到樂趣！如果你有任何問題或需要幫助，歡迎在評論區(qū)交流。

作者：Svan.

注意：本博文為不得在未經(jīng)本人同意進(jìn)行轉(zhuǎn)載或者二次創(chuàng)作，違者必究?。?！

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