一、项目概述

本项目是一款USB‑C 直插墙插式室内多参数空气质量监测装置，基于 ESP32‑S3‑Mini 硬件平台开发，摒弃传统颗粒物传感器依赖风扇抽气的设计，采用博世 BMV080 无风扇颗粒物检测方案，集成二氧化碳、温湿度采集，搭配彩色 LCD 屏幕实现本地数据可视化。设备直接插接 USB‑C 充电头供电，无需电源线缆，实现极简安装，用于家庭室内环境实时监测 PM1.0、PM2.5、PM10、CO₂浓度以及环境温湿度，同时预留扩展接口，支持后续功能拓展。

二、设计背景

传统室内空气质量监测设备普遍使用带风扇的激光颗粒物传感器（例如 PMSA003），依靠风扇吸入空气完成检测。风扇结构会带来几个痛点：设备体积偏大、存在机械噪音、风扇存在寿命损耗，产品很难做到极致小型化。 博世 BMV080 是目前体积最小的颗粒物传感器，无需风扇，依靠气体扩散完成采样，能够输出 PM1.0、PM2.5、PM10 质量浓度数据，为微型化空气监测设备提供硬件基础。基于该传感器，本项目设计一体化 PCB，做成墙插形态，插在普通 USB‑C 适配器上就可以工作，不需要外壳、线材，进一步缩减整机尺寸。

三、硬件系统设计

主控单元

主控选用 ESP32‑S3‑Mini，具备丰富 IO 资源，支持 Arduino 开发环境；注意：BMV080 配套示例代码无法在 ESP32‑C6 上编译运行，硬件必须选用 S3 系列模组。板载 Boot/Reset 按键，方便固件烧录与设备复位。

传感器单元

1. BMV080 颗粒物传感器：无风扇扩散式检测，输出 PM1.0、PM2.5、PM10 颗粒物浓度，是本项目核心器件；传感器体型轻薄，垂直布置在 PCB 上方。

2. SHTC4‑D‑R3 CO₂传感器：负责采集室内二氧化碳浓度，放置在 BMV080 与温湿度传感器中间。

3. SHT40 温湿度传感器：高精度采集环境温度、相对湿度。

布局设计：PCB 本体做凸起结构，三颗传感器横向排布于显示屏上方，朝向正前方接触环境空气，保障气体采样效率。

外设与电源

1. 供电：垂直立式 USB‑C 接口，直接插充电器取电；片上 3.3V LDO 为整个系统全部器件供电。

2. 显示模块：1.65 寸 LCD 显示屏，通过板载 LCD 连接器对接；三极管电路实现屏幕背光亮度调节。

3. 指示灯光：板载 NeoPixel RGB 灯珠，用作背面状态氛围指示灯。

4. 扩展能力：引出 Qwiic 连接器，可外接 I2C 外设，方便后续增加其他环境传感器。

PCB 说明

硬件为 Altium Designer 绘制的定制 PCB Rev2 版本，所有元器件单面布局，整体结构紧凑。目前硬件完成第一版原型验证，后续版本计划优化 PCB 轮廓匹配屏幕玻璃外形，调整传感器高度对齐，升级加固 USB‑C 插座。

核心物料清单（参考 Digi‑Key 采购价格）

四、软件系统设计

1. 开发环境：Arduino IDE 进行固件逻辑开发；

2. UI 界面：使用 Squareline Studio 基于 LVGL 图形库设计 GUI，屏幕直观展示 CO₂数值、PM1.0/2.5/10 读数、温度、湿度；

3. 功能逻辑：循环读取各路传感器数据，刷新屏幕 UI；控制背光亮度与 NeoPixel 状态；Qwiic 接口预留上层驱动，可接入扩展传感器；

4. ** 现状：当前仅完成原型软硬件，未发布正式 Release 版本。

五、主要优势

1. 无风扇结构：没有风机噪音，不存在风扇磨损问题，实现设备微型化；

2. 免布线墙插形态：立式 USB‑C 直接插充电头，不需要数据线，安装简单，占用空间极小；

3. 多参数完整检测：同时覆盖颗粒物、二氧化碳、温湿度，完整评估室内空气质量；

4. 可扩展：Qwiic 接口支持拓展更多传感模块；

5. 本地可视化：自带屏幕，无需依赖手机即可直接查看实时环境数据。

六、现存不足与未来迭代规划

1. PCB 板外形和屏幕玻璃轮廓匹配度有待优化；

2. BMV080 传感器高度与另外两颗传感器不一致，计划抬高器件保证采样条件一致；

3. 更换结构强度更高的垂直 USB‑C 连接器；

4. 可选增加触摸屏版本，实现屏幕交互操作。

七、应用场景

适合家庭卧室、书房、办公室等室内空间，实时监测密闭空间二氧化碳以及颗粒物污染，辅助判断通风时机；也可作为开源硬件参考方案，用于环境监测类二次开发。

八、License

unlicense-未注明协议，请勿商业使用

九、项目地址

https://github.com/mike-rankin/ESP32-S3_Particle_CO2_Monitor