开源微型环境传感 PCB：温湿度气压 + VOC 监测

本项目为基于 ESP32-C3 的开源微型环境传感 PCB，搭载 BME280 与 SGP40 传感器，采用单锂电供电、USB‑C 充电，可采集温度、湿度、气压及 VOC 空气质量信号。硬件设计已完成，暂未打样验证，支持 Wi‑Fi / 蓝牙无线传输，适合室内低功耗环境监测场景。

项目概述

本项目为一套完全开源的电池供电型环境感知硬件方案，采用 ESP32-C3 作为主控芯片，搭配 BME280、SGP40 两款环境传感器，集成锂电充放电管理、低功耗控制、无线通信能力，实现温度、相对湿度、大气压强、VOC 空气质量信号的采集。项目使用 KiCad 完成原理图与 PCB 设计，全套生产文件、BOM、固件工程均对外开源，遵循 CERN-OHL-W-2.0 开源硬件协议，可供二次修改、打样试制；当前硬件设计与制造文档已全部输出，尚未投产制作样机，相关性能有待实物验证。

设计目标

将环境感知采集、无线联网、电池续航、USB-C 充电功能浓缩在小型 PCB 上，打造轻量化嵌入式环境监测节点。面向室内场景，实现长时间低功耗自动监测，通过 Wi‑Fi / 蓝牙完成数据上报，可用于居家、办公室、小型机房等空间的室内环境与空气质量观测。

重要说明：板载 SGP40 仅输出 VOC 相关空气质量指数，不直接检测二氧化碳（CO₂）浓度。

硬件方案说明

主控单元：ESP32-C3-WROOM-02 模组，内置 Wi‑Fi 和 BLE 蓝牙，支持深度休眠，适配电池低功耗运行，自带程序调试接口。
感知单元
- BME280：I2C 接口，同步采集温度、相对湿度、大气压强；
- SGP40：I2C 接口，输出基于 VOC 的室内空气质量信号。
电源系统
- 供电：单节锂离子电池；
- 充电：TP4056 充电管理电路，USB‑C 接口输入充电；
- 配套稳压电路，为 MCU 与传感器提供稳定工作电压。
总线与接口：传感器全部采用 I2C 总线，预留调试烧录接口，方便固件下载与在线调试。

已完成工程工作

完成系统功能架构定义，明确信号链路、电源链路与休眠控制逻辑；
完成主控、传感器、充电管理、稳压等全部元器件选型；
在 KiCad 平台完成原理图绘制与 PCB 布局布线；布局阶段充分考量射频天线净空区、传感器通风位置、热源隔离，规避发热器件对温湿度采集精度的干扰；
输出 BOM 清单、Gerber 生产文件、位号图等全套制造资料；
搭建配套固件工程框架，预留数据采集、无线上报、充电状态检测、低功耗休眠的开发接口。

设计重点考量项

传感器通风设计：保证传感元件与环境空气充分接触，避免外壳、PCB 遮挡影响测量；
热隔离：做好发热器件与传感器的布局隔离，减少芯片自热带来测量偏差；
RF 射频设计：预留天线净空区域，降低 PCB 走线、铜皮对无线信号的干扰；
电源路径：优化充电、放电切换逻辑，保护锂电池；
器件选型与上拉电阻匹配，适配 I2C 总线通信；
功耗预算评估，以深度休眠模式为基础，评估整机续航能力。

待样机验证内容（风险与验证项）

本项目仅完成设计阶段，无实测样机，需要加工样板后开展测试验证：

传感器精度、器件自热对读数的影响；
整机休眠电流、充电特性、锂电池实际续航时长；
Wi‑Fi、蓝牙无线通信稳定性与通信距离；
整机散热表现，外壳装配后对传感器读数的干扰；
EMC/EMI 电磁兼容性能；
固件逻辑可靠性、数据上报稳定性。

项目声明：在固件调试与实物验证完成前，不保证稳定仪表盘服务、防水耐候能力、标称电池寿命等指标。

开源说明

项目基于 CERN-OHL-W-2.0 开源硬件协议开放，使用者可自由查阅、学习、修改硬件设计与固件，自主打样、商用开发，但需要遵守对应开源协议约束。

适用场景与拓展方向

✅ 典型场景：室内居家环境监测、小型实验室温湿度记录、办公区域空气质量采集、低功耗无线传感节点原型开发。 🔧 可选拓展：可替换 SCD40/SCD41 传感器增加 CO₂检测；增加屏幕本地显示；增加蜂鸣器超限告警；接入 MQTT 平台对接物联网后台；增加外壳实现基础防护。

项目地址

https://github.com/MbFredys/PCB-Mini-Environmental-Sensor