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从零打造智能空气检测仪：嘉立创EDA实战全记录

你有没有想过，只用一个下午的时间，就能把脑子里的硬件创意变成一块真正能用的PCB板？
不是画个草图，而是——原理图画完、布局布好、一键下单打样，三天后实物到手焊接测试。

这听起来像“极客神话”，但今天我要告诉你：它已经是现实。而且，你不需要花几万块买Altium Designer，也不需要团队支持。只需要一台电脑、一个浏览器，加上这篇实战笔记。

我们来一起做一个智能空气检测仪——能测PM2.5（模拟）、CO₂浓度、温湿度，通过Wi-Fi上传数据，还能低功耗运行。整套设计基于国产免费工具嘉立创EDA完成，全过程可复制、可量产，适合学生、创客和初级工程师练手。

为什么选这个项目？

因为它是典型的“混合信号系统”：有模拟传感器、数字通信、无线模块、电源管理……几乎涵盖了嵌入式硬件开发的所有关键点。

更重要的是，这类设备在家庭健康监测、教室环境评估、办公室通风优化中都有实际用途。做好了不只是玩具，而是可以真正落地的小产品。

而我们要用的平台——嘉立创EDA，正是让这种“小批量创新”变得可行的关键推手。

核心器件怎么选？先搞清楚每个模块要干什么

做PCB之前，必须先把系统拆解清楚。我们的目标是做一个小巧、稳定、能联网的空气质量终端。那核心组件就绕不开这几个：

主控MCU：STM32F103C8T6 —— 性价比之王

说到32位单片机，STM32几乎是绕不开的名字。而在这其中，STM32F103C8T6是最经典的入门款之一。

• ARM Cortex-M3 内核，主频72MHz
• 64KB Flash + 20KB RAM
• 支持ADC、I²C、SPI、USART等多种外设
• LQFP48封装，引脚够用又不至于太难焊

最关键的是：它便宜！批量采购不到10块钱一片，开发资料满天飞，Keil、CubeMX、甚至Arduino都支持。

在本项目中，它负责：
- 轮询各个传感器
- 处理原始数据（比如温湿度补偿）
- 控制Wi-Fi模块发送数据
- 管理低功耗模式（定时唤醒采样）

别看它小，跑个轻量级RTOS都没问题。

实战代码片段：读取MQ-135空气质量传感器

// 使用HAL库配置ADC采集MQ-135输出电压 ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0; // 假设接在PA0 sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5; if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } HAL_ADC_Start(&hadc1); if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK) { uint16_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); float voltage = (adc_value * 3.3f) / 4095.0f; // 换算成实际电压 float ppm = calculate_ppm_from_voltage(voltage); // 自定义算法转换为污染浓度 }

⚠️ 注意：MQ-135是非特异性传感器，对多种气体都有响应。所以单独使用时只能作为“空气质量趋势参考”。如果想提高准确性，一定要配合SHT30做温湿度补偿。

气体感知三剑客：MQ-135 + SHT30 + MH-Z19B

我们不是要造科研仪器，但也不能完全靠“感觉”。所以选了三个互补性强的传感器组合：

MQ-135：老当益壮的“烟雾警报员”

虽然新出的激光颗粒物传感器更准，但MQ系列凭借超低成本依然活跃在各种DIY项目里。

它的原理很简单：加热敏感材料，气体接触后电阻变化 → 分压电路输出电压变化。

但有几个坑你得知道：
-必须预热24小时以上才能稳定（手册写得很清楚）
- 输出受温湿度影响极大，不补偿的话冬天夏天读数差一半
- 对酒精、丙酮也敏感，厨房附近容易误报

建议做法：把它当作“空气质量趋势指示器”，而不是精确测量工具。

SHT30：数字时代的温湿度标杆

相比老旧的DHT11/DHT22，SHT30简直是降维打击。

• 精度±2% RH / ±0.2°C
• I²C接口直接输出校准后的数字值
• 支持两种地址（0x44 和 0x45），方便多传感器并联

在PCB布线上要注意：
- 尽量远离发热源（如LDO、Wi-Fi模块）
- I²C上拉电阻推荐4.7kΩ
- 可以加TVS二极管防静电损伤

MH-Z19B：真正的CO₂杀手锏

很多人不知道，室内空气是否新鲜，最关键的指标其实是CO₂浓度。超过1000ppm就会让人注意力下降、犯困。

MH-Z19B采用非分散红外（NDIR）技术，不受其他气体干扰，寿命长达5年。

接线方式有两种：
-UART TTL：发送标准协议帧（可读写参数）
-PWM输出：占空比对应CO₂浓度

推荐用UART模式，你可以主动查询数据、设置自动基线校准（ABC功能），更适合长期部署。

供电怎么处理？稳压电路不能将就

整个系统的逻辑电平是3.3V，但常见输入电源是USB 5V或锂电池。所以我们需要一块低压差线性稳压器（LDO）来降压。

这里选择了经典型号：AMS1117-3.3

为什么不用DC-DC？

因为我们要给传感器供电！

开关电源效率高，但会引入高频噪声。而像MQ-135这样的模拟传感器，对电源纹波极其敏感，稍有不慎就会导致采样漂移。

AMS1117虽然效率低一点（压差大时发热明显），但它输出干净、静态电流小、外围简单，特别适合这种小功率、高稳定性需求的场景。

设计要点总结：

✅ 小技巧：在嘉立创EDA中，可以直接搜索“AMS1117-3.3”调用官方推荐封装，包含散热焊盘，避免自己画错。

嘉立创EDA：让每个人都能成为硬件工程师

如果说过去做一块专业PCB需要掌握Altium、精通制程工艺、熟悉元器件供应链……那现在，这些门槛正在被嘉立创EDA一个个打破。

它到底强在哪？

最震撼的是什么？
你画完PCB，点击“立即下单”，第二天就能看到工厂开始生产你的板子。

我是怎么一步步完成这块板的？

第一步：搭原理图

1. 新建项目 → 添加原理图
2. 在左侧库中搜索：
   -STM32F103C8→ 选LQFP48封装
   -SHT30
   -MQ-135 Module（自定义符号）
   -MH-Z19B
   -ESP-01S（Wi-Fi模块）
   -AMS1117-3.3
3. 用Wire连接各引脚，注意：
   - 所有GND网络标号统一
   - VCC分组管理（如3.3V_DIG、3.3V_AN分别供电）
   - 关键信号加Net Label（如I2C_SDA、ADC_IN0）

第二步：转PCB & 布局

1. 点击“切换到PCB” → 自动生成所有元件布局
2. 手动调整位置，原则如下：
   - MCU居中，周围留调试空间
   - 传感器尽量靠边，便于气体流通
   - Wi-Fi模块远离模拟信号走线
   - AMS1117放在边缘利于散热

第三步：布线策略

我用了双层板设计（四层成本翻倍，初期没必要）：

• 顶层：主要走信号线
• 底层：全局铺地（Ground Plane），增强抗干扰能力

重点走线规则：
-I²C总线：等长、短距离、加4.7kΩ上拉
-ADC模拟输入：用地环包围（Guard Ring），防止串扰
-UART/TX-RX：避开高频区域，长度匹配
-电源线宽：至少0.5mm以上（对应1A电流）

第四步：DRC检查 + 3D预览

这是最容易忽略却最关键的一步！

运行DRC（设计规则检查），确保：
- 没有未连接的引脚
- 线距 ≥ 0.2mm（嘉立创最小工艺）
- 过孔尺寸合理（建议外径0.6mm，内径0.3mm）
- 所有测试点暴露在外层

然后切到3D视图，看看元件会不会打架，尤其是排针高度、外壳间隙。

实际应用中的那些“坑”，我都踩过了

你以为画完就完了？真正的挑战才刚开始。

问题1：MQ-135读数跳变严重？

→ 检查电源纹波！
用示波器一看，果然LDO后面没加足够滤波电容。补了个10μF钽电容+100nF陶瓷电容后，瞬间平稳。

问题2：SHT30偶尔通讯失败？

→ I²C总线上拉太弱。原来是用了10kΩ，换成4.7kΩ后通信成功率从80%升到接近100%。

问题3：Wi-Fi模块干扰ADC采样？

→ 果然是！ESP-01S工作时会产生强烈射频噪声。解决办法：
- 把它挪到板子角落
- 底层完整接地屏蔽
- ADC采样改在Wi-Fi空闲时段进行（任务调度优化）

问题4：电池供电下续航很差？

→ 发现MCU一直在跑，没进休眠。后来加入RTC定时唤醒机制，每5分钟采样一次，待机电流从18mA降到1.2mA，续航提升10倍以上。

最终成果：一块巴掌大的全能空气卫士

最终完成的PCB尺寸约60mm × 40mm，双层板，嘉立创JLCPCB打样费用仅¥25/5片，SMT贴片另加¥80左右。

功能全部验证通过：
- 温湿度每秒更新
- CO₂数据通过MQTT上传Home Assistant
- 空气质量指数本地OLED显示（预留接口）
- 支持USB供电或锂电池运行

更关键的是：整个设计过程不到两天。一天画图，一天调试，第三天就有可用原型。

给初学者的几点建议

如果你也是第一次尝试完整硬件项目，不妨记住这几条经验：

1. 先画框图，再画原理图
   别急着拖元件，先把系统结构理清：谁跟谁通信？用什么协议？电源怎么分配？

2. 优先复用成熟模块
   初期不要自己设计传感器前端电路，直接买现成模块（如MH-Z19B成品板），降低失败风险。

3. 留足测试点
   SWD下载口、电源测试点、关键信号引出焊盘——这些看似小事，调试时能救你命。

4. 丝印一定要清晰
   标注元件名称、方向箭头、接口定义。不然焊完自己都认不出哪是TX哪是RX。

5. 从小处优化体验
   比如在板子上刻个logo、加个挂孔、用不同颜色区分接口……细节决定是否愿意长期使用。

结尾：硬件开发的民主化时代已经到来

十年前，要做一块带Wi-Fi的多功能传感板，你可能需要一支团队、几万元预算、几个月时间。

今天，一个人、一台笔记本、一杯咖啡，就能完成从构想到实物的全过程。

而这背后，正是像嘉立创EDA这样的平台在推动一场“硬件平民化革命”。

它不追求极致复杂的功能，而是专注于解决开发者最痛的几个问题：
- 工具太贵
- 学习太难
- 生产太慢
- 采购太烦

当你能把注意力真正集中在“解决问题”本身，而不是“怎么画图”“去哪打样”上时，创造力才会真正释放。

所以，别再只是看教程了。
打开浏览器，新建一个项目，拖一个STM32上去，连两根线——
你的第一块智能硬件，也许就从这一刻开始。

如果你在实现过程中遇到了其他挑战，欢迎在评论区分享讨论。我们一起把这块空气检测仪做得更好。