极简插墙式室内 CO₂趋势检测仪

一、项目概述

本项目是一款一体化、免布线的室内二氧化碳空气质量监测终端，基于 ESP32-S3 主控芯片与 SCD41 高精度 CO₂传感器开发，原型源自开源项目 mike-rankin/ESP32-S3-CO2-Monitor。设备摒弃传统监测设备的数据线、供电底座设计，板载 USB-C 公头，可直接插入普通 USB-C 充电头使用，插上插座即可长期稳定运行。屏幕实时展示 CO₂浓度、温度、湿度数据，同时自动绘制 CO₂历史趋势曲线，直观反映室内空气变化，适用于办公室、教室、卧室等密闭空间的空气质量长期监测，及时提醒通风换气。

二、设计思路与迭代历程

项目经过多轮硬件迭代，逐步简化结构、降低装配成本：

初代版本：采用 Qwiic 接口外接传感器，模块分离、线材较多，布线杂乱，只适合桌面调试；
中期版本：将传感器独立后置小板，改为侧边 USB-C 接口供电，桌面放置使用，仍需要数据线；
Rev.3 墙插版本：核心形态定型，板载 USB-C 公头，实现直插充电头，无需任何外接线缆；
Rev.4 优化版：新增功能按键，优化串口、复位电路，适配参数配置、固件烧录调试；
Rev.5 最终量产版：删减 Qwiic 连接器、拨动电源开关等冗余元器件，精简 PCB，简化焊接装配、降低物料成本，是推荐复刻的稳定版本。

设计核心目标：低维护、即插即用、长期通电稳定运行，不使用锂电池，规避电池老化、鼓包风险，适合 7×24 小时不间断监测。

三、硬件方案

主控单元：ESP32-S3，集成 Wi-Fi，内置 USB OTG，无需额外串口芯片，直接通过板载 USB-C 口上传固件，开发调试便捷；
传感单元：Sensirion SCD41 NDIR 红外二氧化碳传感器，同时采集温湿度，精度高、一致性好，是室内 CO₂监测的主流传感器；
显示单元：小型彩色 IPS 屏幕，支持实时数字显示 + 折线绘图，滚动保存一段时间内的 CO₂历史数据；
供电方案：USB-C 直取电，由普通墙充适配器提供 5V 供电，板上无电池；
人机交互：预留按键，用于串口参数配置、设备复位；
载体：自主设计 PCB，所有器件贴片焊接，结构紧凑，可直接卡在 USB 充电头上。

可选拓展硬件：声光告警器件（蜂鸣器 / LED），设定 CO₂阈值（如 1000ppm）超标提醒。

四、软件功能说明

固件基于 Arduino 框架开发，开源开放，基础功能包含：

定时读取 SCD41 传感器 CO₂、温度、湿度原始数据，完成数据校验；
IPS 屏幕 UI 渲染：实时数值展示、自动滚动的 CO₂趋势曲线图；
板载 USB 直连烧录，无需拆卸设备即可更新程序；
Wi-Fi 通信（原生预留能力）：可二次开发接入 MQTT、HomeAssistant，实现数据上云、远程查看、自动化联动；
数据缓存：本地保存短时历史记录，用于屏幕绘图；
状态指示灯：辅助指示设备运行、传感器就绪状态。

五、使用场景与价值

密闭房间中，人员持续呼吸会累积 CO₂，浓度过高容易犯困、注意力下降，长期高浓度环境不利于健康。本设备无需布线改造，插到插座就能工作：

家庭卧室、书房：监测夜间、密闭房间通风情况；
教室、会议室：多人聚集空间，判断是否需要开窗通风；
小型办公工位、实验室：长期持续监测空气质量。

相比成品检测仪，开源方案自由度更高，可按需修改 UI 界面、告警阈值、上传服务，适配智能家居系统。

六、项目特点与优势

✅ 免线直插：USB-C 公头一体化设计，没有杂乱数据线，安装简单；

✅ 无电池设计：持续接电运行，免去充电、电池衰减隐患；

✅ 高精度传感：SCD41 红外 CO₂传感器，测量结果可靠；

✅ 可视化趋势：自带曲线图表，不止看瞬时数值，能看到空气变化过程；

✅ 全开源：PCB 工程、原理图、源代码全部开放，方便复刻、二次修改；

✅ 调试友好：ESP32-S3 原生 USB，插在电脑上直接烧录、串口调试。

七、适合复刻的优势

结构极简：最终 Rev5 板子很小，直接插充电器，不需要外壳也能用
传感器 SCD41 精度高、功耗友好，是家用 CO₂监测的黄金选择
开源全套资料：原理图、PCB、固件代码全部开放
区别于市面成品：没有多余电池，长期插电稳定运行，不用担心电池鼓

八、二次开发拓展方向

增加声光告警：CO₂高于阈值时蜂鸣提醒；
MQTT 对接智能家居平台（Home Assistant），实现远程查看、开窗自动化；
增加 NTP 网络对时，曲线附带时间轴；
增加数据存储，SD 卡记录长期日志；
定制外壳，做成标准化成品。

九、License

unlicense-未注明协议，请勿商业使用

十、项目地址

https://github.com/mike-rankin/ESP32-S3_CO2_Monitor