Энтузиаст Харальд Кройцер собрал метеостанцию и монитор качества воздуха на базе ESP32-P4 с 10,1-дюймовым дисплеем-дашбордом и встроенным мультисенсором Sensirion SEN66, измеряющим взвешенные частицы, углекислый газ, летучие органические соединения и оксиды азота. Устройство также принимает данные с беспроводных датчиков по LoRa и ESP-NOW.
Проект целиком построен на готовых серийных платах — никакого заказного «железа», — так что повторить его относительно несложно. Ни облако, ни учётная запись не требуются, хотя при желании станция подключается к одному из погодных API на выбор (Open-Meteo, OpenWeatherMap или Visual Crossing) для отображения прогноза. Сборка подробно задокументирована в объёмной публикации автора, поэтому ниже — ключевые особенности проекта.
Аппаратные характеристики основного блока:
Waveshare ESP32-P4-Module-DEV-KIT-C
Обратная сторона полностью собранного устройства в напечатанной на 3D-принтере подставке
- Основа — ESP32-P4-Module-DEV-KIT-C
- Одноплатный компьютер размером с банковскую карту на модуле ESP32-P4NRW32: чип ESP32-P4 с 32 МБ PSRAM плюс ESP32-C6 для Wi-Fi и BLE
- IPS-панель 10,1 дюйма с разрешением 1280 × 800, контрастностью 800:1 и яркостью 400 кд/м²
- Динамик 8 Ом, 2 Вт (в проекте не используется)
- Камера RPi Camera (B) и 15-контактный шлейф FFC к ней (в проекте не используются)
- Связь LoRa — Heltec V4 (только плата)
- Датчики
- Мультисенсор Sensirion SEN66 для PM1.0, PM2.5, PM4.0, PM10, оксидов азота (NOx) и летучих органических соединений (ЛОС)
- Управление яркостью через
- датчик освещённости BH1750
- радар DFRobot C4001 на 24 ГГц для обнаружения присутствия человека (версия с дальностью 12 метров)
Автор параллельно работает над вариантом на 10-дюймовом сенсорном дисплее GUITION с ESP32-P4: там чип интегрирован прямо в плату экрана, поэтому конструкция должна получиться заметно тоньше.
Основной блок работоспособен и сам по себе, но всю прелесть системы раскрывают дополнительные узлы на LoRa и ESP-NOW:
Sensor-ESP-NOW-BME280
Счётчик Гейгера с передачей по LoRa
Блок-схема архитектуры
- Sensor-Receiver — приёмник LoRa и ESP-NOW на базе Heltec WiFi LoRa 32 (ESP32-S3)
- Sensor-LORA-BME280 — узел температуры, влажности и давления на Heltec WiFi LoRa 32 V3/V4
- Sensor-LORA-BME280-HTCC-AB01 — тот же набор датчиков на Heltec CubeCell HTCC-AB01 V2 (дешевле, без дисплея)
- Sensor-LORA-SHT45 — узел температуры и влажности на Heltec WiFi LoRa 32 (ESP32-S3)
- Sensor-LORA-RadiationD — счётчик Гейгера на трубке RadiationD-v1.1 и Heltec WiFi LoRa 32 V4 (ESP32-S3)
- Sensor-LORA-RadiationD-HTCC-AB01 — то же самое, но на Heltec CubeCell HTCC-AB01 V2
- Sensor-ESP-NOW-BME280 — узел температуры, влажности и давления на обычной плате ESP32 (самый ранний подпроект)
Отдельно стоит объяснить, почему автор развёл два разных радиопротокола. ESP-NOW работает в диапазоне 2,4 ГГц, потребляет мало энергии и удобен для датчиков в пределах квартиры или дома. LoRa же за счёт узкой полосы и низкой частоты берёт сотни метров и уверенно проходит через капитальные стены — то, что нужно для датчика в гараже, на даче или в дальнем углу участка. Комбинация закрывает оба сценария без единого провода.
На этом с аппаратной частью всё. Исходный код основного блока, модуля-приёмника и датчиков опубликован на GitHub. В основном используется фреймворк ESP-IDF — исключение составляют модули на CubeCell, прошивка которых построена на Arduino/PlatformIO. Интерфейс главного устройства нарисован средствами LVGL и спроектирован в открытом редакторе EEZ Studio.
Программная архитектура
Понадобится также напечатать корпуса для основного блока и датчиков. Единственная сложность в том, что STL-файлы для актуальной версии пока не опубликованы — в открытом доступе находятся только файлы под более старый вариант проекта, и к новому они не подойдут. Зато форматы STEP и SolidWorks уже лежат в соответствующей папке репозитория с прошивкой, так что модель при необходимости можно доработать под себя.
Проектов самодельных метеостанций и мониторов качества воздуха хватает — MoreSense MS-07, Project Aura, Sparkfun ESP32 Arduino IoT Weather Station и десятки других. Но этот выделяется проработанностью и, судя по всему, стал первым такого класса на базе ESP32-P4.
Наконец, о деньгах. Собрать такую станцию самостоятельно — отличный способ получить удовольствие, знания и навыки, но сэкономить по сравнению с оптимизированным по себестоимости серийным устройством почти наверняка не выйдет. Расходы на основной блок оцениваются так:
- Waveshare ESP32-P4-Module-DEV-KIT-C — 77,99 доллара на сайте Waveshare или 98,55 доллара на Amazon
- плата Heltec V4 — 29,99 доллара на Amazon
- Sensirion SEN66 — 62,03 доллара на сайте Sensirion
- датчик освещённости BH1750 — 1,39 доллара на AliExpress
- C4001 24 ГГц (12 метров) — 12,90 доллара на DFRobot
Итого минимум 185 долларов. К этому добавятся налоги и доставка, крепёж, филамент для 3D-печати, а также дополнительные компоненты, если захочется собрать внешние модули. Для покупателей из СНГ ценник вырастет ещё сильнее за счёт посредников, зато основную часть мелочёвки — BH1750, платы Heltec, трубку счётчика Гейгера — вполне реально заказать напрямую на китайских площадках и заметно сбить итоговую сумму.
