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基于 ESP32 的便攜式高精度氣壓計(jì) DIY 項(xiàng)目

在物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備日益普及的今天，許多愛好者都渴望通過 DIY 項(xiàng)目來打造屬于自己的智能設(shè)備。今天，我將為大家介紹一個(gè)非常有趣的項(xiàng)目——Altisense，這是一個(gè)基于 ESP32 的便攜式高精度氣壓計(jì)，能夠測量溫度、氣壓和海拔高度，并通過 OLED 屏幕顯示數(shù)據(jù)。此外，它還配備了旋轉(zhuǎn)編碼器，用于校準(zhǔn)和切換單位（米和英尺）。這個(gè)項(xiàng)目不僅實(shí)用，而且充滿了科技感，非常適合電子愛好者和 DIY 玩家。

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項(xiàng)目簡介

Altisense 是一個(gè)由 gokux 在 Instructables 上分享的項(xiàng)目，旨在通過簡單的 DIY 步驟，打造一個(gè)功能完備的便攜式氣壓計(jì)。這個(gè)項(xiàng)目的核心組件包括 MS5611 精密氣壓傳感器和 Seeed Studio XIAO ESP32-C3 微控制器。通過這些組件，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、氣壓和海拔高度的實(shí)時(shí)測量，并將數(shù)據(jù)清晰地顯示在 0.96 英寸的 OLED 屏幕上。

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 ESP32-C3：這是一個(gè)功能強(qiáng)大的微型控制器，適合用于各種小型項(xiàng)目。
MS5611 氣壓傳感器模塊：用于測量氣壓和溫度。
0.96 英寸 OLED 顯示屏（SSD1306，128x64 分辨率）：用于顯示測量數(shù)據(jù)。
旋轉(zhuǎn)編碼器（帶按鈕）：用于校準(zhǔn)和切換單位。
300mAh 鋰電池：為設(shè)備供電。
小型滑動(dòng)開關(guān)：用于控制設(shè)備的開關(guān)。
10kΩ 上拉電阻（可選）：如果旋轉(zhuǎn)編碼器出現(xiàn)抖動(dòng)，可以使用上拉電阻。

3D 打印材料

PLA 耗材（橙色、黑色）：用于打印外殼和旋鈕。
3D 打印機(jī)：用于打印外殼部件。

軟件工具

Arduino IDE：用于編寫和上傳代碼到 ESP32-C3。
MS5611 庫：用于與 MS5611 氣壓傳感器通信。
Adafruit SSD1306 庫：用于控制 OLED 顯示屏。

其他工具

焊錫和焊筆：用于焊接電線。
熱熔膠槍：用于固定組件。
螺絲刀：用于安裝旋轉(zhuǎn)編碼器。

設(shè)計(jì)與 3D 打印

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設(shè)計(jì)思路

為了確保 Altisense 的便攜性和實(shí)用性，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)空間進(jìn)行優(yōu)化。所有組件需要緊密地集成在一個(gè)小巧的外殼中，同時(shí)保證布線方便和組裝簡單。我使用了 Fusion 360 軟件來設(shè)計(jì)項(xiàng)目，導(dǎo)入了所有組件的 3D 模型，并嘗試了不同的配置，最終找到了最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

3D 打印過程

模型設(shè)計(jì)：使用 Fusion 360 設(shè)計(jì)了外殼模型，包括主殼體、旋鈕和前面板。主殼體用于容納所有電子組件，旋鈕和前面板則用于安裝旋轉(zhuǎn)編碼器和 OLED 顯示屏。
切片設(shè)置：將設(shè)計(jì)好的模型文件導(dǎo)出為 STL 格式，然后導(dǎo)入到 Ultimaker Cura 切片軟件中。在切片軟件中，可以設(shè)置打印參數(shù)，如層高、填充密度等。建議使用默認(rèn)的打印參數(shù)，以確保打印質(zhì)量。
打印過程：將 PLA 耗材裝入 3D 打印機(jī)，開始打印。主殼體使用橙色 PLA 打印，旋鈕和前面板使用黑色 PLA 打印。整個(gè)打印過程大約需要 2-3 小時(shí)，具體時(shí)間取決于打印機(jī)的性能和設(shè)置的打印參數(shù)。

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電路搭建與代碼上傳

電路連接

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在搭建電路之前，我們需要先將代碼上傳到 ESP32-C3 開發(fā)板。以下是詳細(xì)的連接步驟：

連接 OLED 顯示屏與開發(fā)板：
- OLED 的 SCL 引腳連接到 ESP32-C3 的 D1 引腳。
- OLED 的 SDA 引腳連接到 ESP32-C3 的 D2 引腳。
- OLED 的 VCC 引腳連接到 ESP32-C3 的 3.3V 引腳。
- OLED 的 GND 引腳連接到 ESP32-C3 的 GND 引腳。
連接 MS5611 氣壓傳感器與開發(fā)板：
- MS5611 的 SCL 引腳連接到 ESP32-C3 的 D1 引腳。
- MS5611 的 SDA 引腳連接到 ESP32-C3 的 D2 引腳。
- MS5611 的 VCC 引腳連接到 ESP32-C3 的 3.3V 引腳。
- MS5611 的 GND 引腳連接到 ESP32-C3 的 GND 引腳。
連接旋轉(zhuǎn)編碼器與開發(fā)板：
- 編碼器的 A 引腳連接到 ESP32-C3 的 D0 引腳。
- 編碼器的 B 引腳連接到 ESP32-C3 的 D1 引腳。
- 編碼器的按鈕引腳連接到 ESP32-C3 的 D2 引腳。
- 編碼器的 VCC 引腳連接到 ESP32-C3 的 3.3V 引腳。
- 編碼器的 GND 引腳連接到 ESP32-C3 的 GND 引腳。
連接電源：
- 將鋰電池的正極連接到 ESP32-C3 的 VIN 引腳。
- 將鋰電池的負(fù)極連接到 ESP32-C3 的 GND 引腳。
- 將滑動(dòng)開關(guān)連接到鋰電池的正極，以便控制電源的開關(guān)。

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代碼上傳

安裝 Arduino IDE：從 Arduino 官方網(wǎng)站下載并安裝 Arduino IDE。
安裝 MS5611 庫：在 Arduino IDE 中，打開“草圖”->“包含庫”->“管理庫”，搜索并安裝以下庫：
- MS5611 庫（https://github.com/jarzebski/Arduino-MS5611）
- Adafruit GFX Library
- Adafruit SSD1306 Library
上傳代碼：將提供的代碼復(fù)制到 Arduino IDE 中，選擇正確的開發(fā)板類型（Seeed Studio XIAO ESP32-C3）和 COM 端口，然后點(diǎn)擊“上傳”按鈕。

以下是代碼示例（部分代碼）：

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <MS5611.h>
#include <EEPROM.h>

#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels
#define OLED_RESET -1 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin)
#define SCREEN_ADDRESS 0x3C // See datasheet for Address

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
MS5611 ms5611;

// Rotary Encoder Inputs
#define ENCODER_PIN_A D0 // D0
#define ENCODER_PIN_B D1 // D1
#define ENCODER_BUTTON_PIN D2 // D2

// EEPROM Addresses
#define EEPROM_REFERENCE_PRESSURE 0
#define EEPROM_UNITS 8

// Menu States
enum MenuState {
  MAIN_PAGE,
  SETTINGS_MENU,
  CALIBRATION_PAGE,
  UNITS_PAGE
};

MenuState currentMenuState = MAIN_PAGE;

// Calibration Variables
double currentReferencePressure;
float currentSetAltitude = 0;

// Units Variable (0 for meters, 1 for feet)
uint8_t currentUnits = 0;

// Encoder Variables
volatile long encoderCount = 0;
int lastStateCLK;
String currentDir = "";
unsigned long lastButtonPress = 0;
unsigned long buttonDebounceTime = 1000; // Debounce delay for button in ms
byte buttonPressCount = 0;

// Function Prototypes
void displayMainPage();
void displaySettingsMenu(int selectedOption);
void displayCalibrationPage();
void displayUnitsPage(int selectedOption);
void readEncoder();
void readButton();
void saveCalibration();
void loadCalibration();
void saveUnits();
void loadUnits();
float calculateAltitude(double pressure);
float convertToFeet(float meters);
void setupEncoder();
void setupButton();

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  while (!ms5611.begin()) {
    Serial.println("Could not find a valid MS5611 sensor, check wiring!");
    delay(500);
  }

  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS)) {
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for (;;);
  }

  display.clearDisplay();
  display.display();
  delay(500);

  setupEncoder();
  setupButton();

  loadCalibration();
  loadUnits();

  currentReferencePressure = ms5611.readPressure();
  Serial.print("Initial Reference Pressure: ");
  Serial.println(currentReferencePressure);

  Serial.print("Initial Units: ");
  Serial.println(currentUnits == 0 ? "Meters" : "Feet");

  displayMainPage();
}

void loop() {
  readButton();
  readEncoder();

  switch (currentMenuState) {
    case MAIN_PAGE:
      displayMainPage();
      break;
    case SETTINGS_MENU:
      // Handle settings menu logic
      break;
    case CALIBRATION_PAGE:
      // Handle calibration page logic
      break;
    case UNITS_PAGE:
      // Handle units page logic
      break;
  }

  delay(1);
}

void displayMainPage() {
  double realTemperature = ms5611.readTemperature();
  long realPressure = ms5611.readPressure();
  float altitudeMeters = calculateAltitude(realPressure);
  float altitudeDisplay = (currentUnits == 1) ? convertToFeet(altitudeMeters) : altitudeMeters;

  String unitString = (currentUnits == 1) ? "ft" : "m";

  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(3, 50);
  display.print("Tmp");
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(24, 46);
  display.print(realTemperature, 1);
  display.print("c");

  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(3, 28);
  display.print("Pre");
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(24, 24);
  display.print((int)(realPressure / 100));
  display.print("hPa");

  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(3, 7);
  display.print("Alt");
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(24, 3);
  display.print(altitudeDisplay, 0);
  display.print(unitString);

  display.display();
}

float calculateAltitude(double pressure) {
  return 44330.0 * (1.0 - pow(pressure / currentReferencePressure, 0.1903));
}

float convertToFeet(float meters) {
  return meters * 3.28084;
}

最終組裝

組件安裝

安裝旋轉(zhuǎn)編碼器：將旋轉(zhuǎn)編碼器放入 3D 打印的槽位中，并使用兩個(gè)螺母將其固定在 3D 打印的外殼上。
安裝 ESP32-C3：在主殼體的底部涂上一些熱熔膠，然后將 ESP32-C3 放在上面，確保其牢固地粘附在殼體上。
安裝氣壓傳感器模塊：在 3D 打印的槽位中涂上一些熱熔膠，然后將 MS5611 氣壓傳感器模塊插入槽位中。
安裝 OLED 顯示屏：將 OLED 顯示屏安裝到前面板的槽位中，并使用熱熔膠固定。
安裝電池和開關(guān)：將鋰電池和滑動(dòng)開關(guān)安裝到主殼體的指定位置，并使用熱熔膠固定。
連接電線：將鋰電池的正負(fù)極分別連接到 ESP32-C3 的 VIN 和 GND 引腳。將滑動(dòng)開關(guān)連接到鋰電池的正極，以便控制電源的開關(guān)。

組裝外殼

安裝前面板：將前面板安裝到主殼體的前面，并使用熱熔膠固定。
安裝旋鈕：將 3D 打印的旋鈕安裝到旋轉(zhuǎn)編碼器上。

測試與使用

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測試步驟

連接電源：使用滑動(dòng)開關(guān)打開設(shè)備，確保設(shè)備正常啟動(dòng)。
檢查顯示：主屏幕上應(yīng)顯示溫度、氣壓和海拔高度。按下旋轉(zhuǎn)編碼器按鈕 2 秒，進(jìn)入設(shè)置菜單。
校準(zhǔn)：選擇“Calibration”選項(xiàng)，使用旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)整海拔高度，并按下按鈕保存校準(zhǔn)值。
切換單位：選擇“Units”選項(xiàng)，使用旋轉(zhuǎn)編碼器在米和英尺之間切換海拔高度的單位。

使用建議

便攜性：由于設(shè)備使用鋰電池供電，你可以將其帶到任何地方使用。
個(gè)性化：你可以通過修改代碼來添加更多功能，如數(shù)據(jù)記錄、藍(lán)牙傳輸?shù)取?/li>
外殼美化：你可以使用噴漆或貼紙來美化 3D 打印的外殼，使其更加符合你的個(gè)人風(fēng)格。

項(xiàng)目擴(kuò)展

這個(gè)項(xiàng)目不僅是一個(gè)實(shí)用的 DIY 項(xiàng)目，還可以根據(jù)你的需求進(jìn)行擴(kuò)展和定制。以下是一些擴(kuò)展建議：

添加藍(lán)牙功能：通過添加藍(lán)牙模塊，將測量數(shù)據(jù)傳輸到手機(jī)或其他設(shè)備。
數(shù)據(jù)記錄：添加一個(gè) SD 卡模塊，用于記錄測量數(shù)據(jù)，方便后續(xù)分析。
添加更多傳感器：例如，添加濕度傳感器或紫外線傳感器，擴(kuò)展設(shè)備的功能。
美化外殼：使用噴漆或貼紙來美化 3D 打印的外殼，使其更加符合你的個(gè)人風(fēng)格。

總結(jié)

Altisense 是一個(gè)非常有趣且實(shí)用的 DIY 項(xiàng)目，它不僅能夠讓你親手制作一個(gè)便攜式氣壓計(jì)，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(shí)。通過這個(gè)項(xiàng)目，你可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、氣壓和海拔高度的實(shí)時(shí)測量，并通過 OLED 屏幕清晰地顯示數(shù)據(jù)。更重要的是，你可以根據(jù)自己的需求對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)展和定制，讓它成為你獨(dú)一無二的智能設(shè)備。

希望這篇文章能夠激發(fā)你的創(chuàng)造力，讓你動(dòng)手制作屬于自己的 Altisense 氣壓計(jì)。如果你在制作過程中遇到任何問題，歡迎在評(píng)論區(qū)留言，我會(huì)盡力為你解答。如果你已經(jīng)完成了這個(gè)項(xiàng)目，也歡迎在評(píng)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(gè)項(xiàng)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(píng)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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基于 ESP32 的便攜式高精度氣壓計(jì)

基于 ESP32 的便攜式高精度氣壓計(jì) DIY 項(xiàng)目

項(xiàng)目簡介

所需材料

電子元件

3D 打印材料

軟件工具

其他工具

設(shè)計(jì)與 3D 打印

設(shè)計(jì)思路

3D 打印過程

電路搭建與代碼上傳

電路連接

代碼上傳

最終組裝

組件安裝

組裝外殼

測試與使用

測試步驟

使用建議

項(xiàng)目擴(kuò)展

總結(jié)

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