硬件之旅：打造 pikoAQI 原型机

缘起

我一直想做个硬件项目，但说实话，我在硬件和电子领域完全是个小白。尽管如此，我还是决定动手，想着一边做一边学，毕竟现在有 AI 当外援嘛。

这个项目是做一个便携穿戴式的空气质量传感器。选它一来是因为我自己正好需要，二来难度刚刚好：现成的传感器很多，不用自己搞基础研发；但又不能说太简单，因为你得把一堆功能塞进一个小巧的外壳里，还得兼顾低功耗。

刚开始，我把项目想法全盘托出给 Claude（也就是 AI），它帮我梳理了思路，还敲定了要用的电子元器件。

下面是我在电子元器件商城下的第一单：

我第一个开刀测试的就是墨水屏。买来的这块屏幕连份像样的技术文档都没有，只有一个 Arduino 的示例代码。我把代码丢给 Cursor 寻求解读，它还真帮我在自己的代码里把它跑通了。

这块屏幕是通过 SPI 通信的。ESP32 板子本来是有原生 SPI 实现的，但我怎么都调不通，所以最后还是用了文档示例里自定义的 SPI 代码。

墨水屏最大的痛点就是刷新率：太慢了，一次全屏刷新甚至得花上 2 秒。

屏幕有“局刷（局部刷新）”和“全刷（全局刷新）”两种模式。局刷因为不需要重绘整个屏幕，速度快不少。我利用局刷搞了个“快速”刷新模式：

这种做法偶尔会有残影，所以“快刷”模式只适合对残影不那么敏感的场景。

性能测试：

搞定 GPS 就轻松多了。Claude 懂怎么接线，文档里也直接给出了 TinyGPS++ 库。

GPS 芯片上的 LED 指示灯（POWER 和 PPS）简直是调试救星。第一次试的时候，因为线没接好，GPS 供电就不对。

起初我死活拿不到定位数据，一头雾水。后来才知道 GPS 得先同步卫星，第一次冷启动耗时很长（可能要 5 分钟以上）。我这边花的时间更久，估计是因为房间里信号太弱。

只要 GPS 定位成功，PPS 灯就会非常规律地一秒闪一次。这招太好用了，立马就能知道拿不到数据不是代码的锅：人家 GPS 只是还在寻星呢。

我买的这个 GPS 支持 10Hz 刷新率（普通模块通常是 1Hz），是专门给无人机用的。我压根用不上这么高的性能。我需要的是更强的信号接收能力（哪怕在室内）和更亲民的价格。下一个原型机我肯定换一款更合适的。

跟这个传感器打交道可让我吃尽了苦头。Cursor 就算看了示例也写不出能用的代码。好在 Adafruit 专门为这块传感器开发了库，我就直接拿来用了。他们家给一堆传感器写过库，真的是宝藏团队。

这里的 VOC 传感器 需要校准，而且刚开机时数值会乱跳，得通电运行 48 小时后数据才靠谱。这就有点头疼了，因为做成产品的话，用户很难自己去校准。我得考虑搭配其他传感器来交叉验证数据。

我对比了锂聚合物电池（LiPo）和锂离子电池（Li-Ion）。LiPo 在外形上优势明显，像笔记本、手机这类对尺寸和重量要求极高的便携设备都在用。

但问题来了，市面上多数微型 LiPo 电池输出电压是 3.7V，而我用的 ESP32 板子要的是 5V。我当然可以加个升压模块，但那不仅增加了电路复杂度，还很损耗电能。

更别提电池本身就是个危险品：它们对物理损伤极度敏感，如果外壳破损、过热或者过度放电，LiPo 电芯甚至会起火。

综合考虑，我现在先用个普通的充电宝插 USB-C 线对付着。

这段时间我一直在折腾软件和数据同步。

我的设想是让 ESP32 充当蓝牙低功耗（BLE）服务端，然后在电脑上跑个客户端来拉取数据。

刚开始，我连代码都烧录不进微控制器，提示体积太大。查了半天才发现，默认的 BLE 库简直是个巨无霸，一口气吞掉了 75% 的可用闪存空间。我果断换成了 NimBLE 库。它体积小了一半，代价是不支持经典蓝牙，只支持 BLE。无所谓，反正我也没打算用经典蓝牙。

请继续关注，我还会带来更多 pikoAQI 穿戴式传感器的开发进展！