ESP32-C3 焊进 4 层 PCB 塞 4 颗传感器，Maker 自制空气质量仪太硬核！

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一台 DIY 空气质量监测仪，能玩的不只是「测个 CO₂ 数值」——它把 ESP32-C3、4 颗 Sensirion/Bosch 传感器、一块自绘 4 层 PCB、激光切割玻璃顶盖、3D 打印外壳全揉进一个成品里，固件跑 ESPHome，直接接进 Home Assistant。作者 roepkefeller 把从电路、板厂打样、外壳建模到自校准算法全套开源，Star 数目前 53，硬件党拿来复刻或者魔改都很合适。

它一句话是什么

一台围绕 ESP32-C3-WROOM-02 打造的开源空气质量监测仪，主打「多传感器交叉补偿 + Home Assistant 原生集成」。

为什么值得看

市面上便宜的空气质量小盒子一大堆，但这个项目值得看的地方在于——它把「为什么这样设计」写得很清楚。

为什么明明有 3 颗温度传感器、2 颗湿度传感器，还要全都焊上去？作者给出的答案是：做中位数融合 + 交叉补偿，因为 SGP41 的 MOX 加热元件内部工作在约 400 °C，会把整块板子烤热，必须靠算法补偿。
电源部分不是随便一颗 LDO 完事：USB-C → ESD 保护 → 750 mA 自恢复保险丝 → 三条独立 3.3V 电源轨，SCD41 单独一条 LDO，SGP41/SHT40/BMP280 共用 TPS7A20 超低噪声 LDO（10 µVRMS），ESP32 用 buck 走高效路线。
PCB 是 4 层板（信号 / GND / 电源 / 信号），KiCad 源文件、JLCPCB 打样文件、SGP41 自绘封装全都在 repo 里。

一句话，它不是拿现成模块拼一拼，是从原理图到外壳一整套工程实践的公开样本。

最有意思的 3 个功能

1. 4 颗传感器交叉补偿，不是堆料是算法

SCD41：光声 NDIR 原理测 CO₂，接受 BMP280 的气压值做海拔补偿
SGP41：输出 VOC / NOx 指数（1–500），CO₂ 数据不可用时 LED 会 fallback 到 VOC 显示
SHT40：温湿度基准，中位数融合里权重双倍
BMP280：气压 + 为 SCD41 提供补偿输入

作者甚至给出了经验校正值：SHT40 补 −5.5 °C / +8 %RH，BMP280 补 −5.5 °C，SCD41 补 −1.5 °C / +4 %RH，还建议放一支基准温度计旁边稳定 30 分钟后自己调 YAML。

2. 固件走 ESPHome，Home Assistant 一插就见实体

不用自己写 C 代码，YAML 描述完就有一堆实体自动出现在 HA 里，Web UI 也直接内建。对不想折腾底层驱动的人非常友好。

3. 外壳是激光切玻璃顶盖 + 3D 打印底座

玻璃：2 mm 透明玻璃，DXF 文件走 Formulor 下单
底座：PLA 或 PETG，0.2 mm 层高
用 M2.5 热熔螺母 + 铜柱固定，比直接拧塑料结实很多

Fusion 360 源文件、STL、STEP、DXF 都开源，想改造型直接改。

动手实践：安装 / 快速开始

这是硬件项目，「快速开始」不是 npm install，而是一套备料 + 焊接 + 刷固件流程。README 里明确写了以下步骤：

Step 1. 备板 & 备料

# 用 KiCad 打开工程 git clone https://github.com/roepkefeller/air-quality-sensor.git

打开 hardware/ 里的 KiCad 工程，作者本人是发到 JLCPCB 打样 4 层板 + 手焊。BOM 里的核心料：ESP32-C3-WROOM-02、SCD41、SGP41、SHT40、BMP280、TLV62569A、TLV755P、TPS7A20、TPD2EUSB30。

Step 2. 手焊顺序（README 明确建议）

先焊 ESP32-C3-WROOM-02（最大件，底部散热焊盘需要热风或从背面加热）
再焊 TLV62569A、TLV755P、TPS7A20、TPD2EUSB30 等 SOT/WSON 小封装（用锡膏 + 热风）
焊 SGP41（注意 repo 里有自绘封装 air_quality_footprints.pretty/）
焊 SCD41、SHT40、BMP280（Sensirion LCC 封装，SCD41 光学开孔部分别烤过头）
最后焊 0402/0603 被动件和连接器

预期看到：板子通电后有 3.3V 输出、I2C 总线上能扫到 4 个地址。

Step 3. 刷 ESPHome 固件

repo 里带 ESPHome YAML 配置，装好 ESPHome 后编译烧录即可（USB-C 通过 5V/1A 供电就能刷）：

pip install esphome esphome run <配置文件>.yaml

预期看到：Home Assistant 自动发现设备，出现 CO₂、VOC、NOx、温度、湿度、气压等实体，Web UI 也能直接访问。

踩坑提醒：

这是手工焊接项目，SGP41 是自绘封装，0402 电阻电容 + WSON 小封装对新手不太友好，建议至少备热风台
4 层板 JLCPCB 打样价格比 2 层贵一档，一次不建议只做 1 片
温度校正值是作者在自己环境实测出来的，你复刻后要自己重调，否则读数会偏
I2C 总线跑在 50 kHz（README 明确说明），不要按默认 100 kHz 配置

可以怎么玩 / 怎么用

家里房间空气监测
：接进 Home Assistant，配自动化——CO₂ 过 1000 ppm 自动开新风或提醒开窗
做工程练手
：4 层板、多路电源、超低噪声 LDO、I2C 多传感器融合，这些是嵌入式硬件工程里典型场景，拿这个项目啃一遍收获比看教程实在
改造成便携版
：作者原设计是插 USB 供电的桌面款，你可以接锂电改成移动版
换传感器阵列
：I2C 总线预留了 QWIIC 接口，可以外挂扩展

适合谁

想复刻一台能进 Home Assistant 的正经空气监测仪的智能家居党
想学多传感器交叉补偿 + 4 层板 layout的嵌入式 / 硬件工程师
想练SMD 手焊 + 热风返修的 Maker
ESPHome 老玩家，想要一台不用自己写驱动的高质量硬件参考设计

不适合：只想开箱即用不想动烙铁的普通用户——目前 repo 里没有卖成品，全靠自己攒。

读者互动

你家里现在测空气用的是什么方案？米家小盒子、Awair、还是自己攒的 ESP 板？

评论区聊聊：如果让你在这套设计上再加一颗传感器，你会加什么？PM2.5、甲醛、还是氡气检测？ 感兴趣的人多，我下期安排一篇 ESPHome 多传感器融合的深度拆解。

觉得有用就点个关注吧，下一期预告：一个把 AI 塞进单片机、成本压到令人发指的骚项目，别错过。

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GitHub 地址

https://github.com/roepkefeller/air-quality-sensor