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使用树莓派测定颗粒物的技巧分享

2018年05月14日 11:08 次阅读

使用两个简单的硬件设备和几行代码构建一个空气质量探测器。

我们在东南亚的学校定期测定空气中的颗粒物。这里的测定值非常高,尤其是在二到五月之间,干燥炎热、土地干旱等各种因素都对空气质量产生了不利的影响。我将会在这篇文章中展示如何使用树莓派来测定颗粒物。

什么是颗粒物?

颗粒物就是粉尘或者空气中的微小颗粒。其中 PM10 和 PM2.5 之间的差别就是 PM10 指的是粒径小于 10 微米的颗粒,而 PM2.5 指的是粒径小于 2.5 微米的颗粒。在粒径小于 2.5 微米的的情况下,由于它们能被吸入肺泡中并且对呼吸系统造成影响,因此颗粒越小,对人的健康危害越大。

世界卫生组织的建议 颗粒物浓度 是:

年均 PM10 不高于 20 µg/m³
年均 PM2.5 不高于 10 µg/m³
不允许超标时,日均 PM10 不高于 50 µg/m³
不允许超标时,日均 PM2.5 不高于 25 µg/m³
以上数值实际上是低于大多数国家的标准的,例如欧盟对于 PM10 所允许的年均值是不高于 40 µg/m³。

什么是 空气质量指数 Air Quality Index (AQI)?

空气质量指数是按照颗粒物的测定值来评价空气质量的好坏,然而由于各国之间的计算方式有所不同,这个指数并没有统一的标准。维基百科上关于 空气质量指数 的词条对此给出了一个概述。我们学校则以 美国环境保护协会 Environment ProtecTIon Agency (EPA)建立的分类法来作为依据。

使用树莓派测定颗粒物的技巧分享

空气质量指数

测定颗粒物需要哪些准备?

测定颗粒物只需要以下两种器材:

树莓派(款式不限,最好带有 WiFi)
SDS011 颗粒物传感器

使用树莓派测定颗粒物的技巧分享

  颗粒物传感器

  如果是只带有 Micro USB 的树莓派 Zero W,那还需要一根连接到标准 USB 端口的适配线,只需要 20 美元,而传感器则自带适配串行接口的 USB 适配器。

  安装过程

  对于树莓派,只需要下载对应的 Raspbian Lite 镜像并且 写入到 Micro SD 卡 上就可以了(网上很多教程都有介绍如何设置 WLAN 连接,我就不细说了)。

  如果要使用 SSH,那还需要在启动分区建立一个名为 ssh 的空文件。树莓派的 IP 通过路由器或者 DHCP 服务器获取,随后就可以通过 SSH 登录到树莓派了(默认密码是 raspberry):

  $ ssh pi@192.168.1.5

  首先我们需要在树莓派上安装一下这些包:

  $ sudo apt install git-core python-serial python-enum lighttpd

  在开始之前,我们可以用 dmesg 来获取 USB 适配器连接的串行接口:

  $ dmesg

  [ 5.559802] usbcore: registered new interface driver usbserial

  [ 5.559930] usbcore: registered new interface driver usbserial_generic

  [ 5.560049] usbserial: USB Serial support registered for generic

  [ 5.569938] usbcore: registered new interface driver ch341

  [ 5.570079] usbserial: USB Serial support registered for ch341-uart

  [ 5.570217] ch341 1–1.4:1.0: ch341-uart converter detected

  [ 5.575686] usb 1–1.4: ch341-uart converter now attached to ttyUSB0

  在最后一行,可以看到接口 ttyUSB0 。然后我们需要写一个 Python 脚本来读取传感器的数据并以 JSON 格式存储,在通过一个 HTML 页面就可以把数据展示出来了。

  在树莓派上读取数据

  首先创建一个传感器实例,每 5 分钟读取一次传感器的数据,持续 30 秒,这些数值后续都可以调整。在每两次测定的间隔,我们把传感器调到睡眠模式以延长它的使用寿命(厂商认为元件的寿命大约 8000 小时)。

  我们可以使用以下命令来下载 Python 脚本:

  $ wget -O /home/pi/aqi.py https://raw.githubusercontent.com/zefanja/aqi/master/python/aqi.py

  另外还需要执行以下两条命令来保证脚本正常运行:

  $ sudo chown pi:pi /var/www/html/

  $ echo ‘[]’ 》 /var/www/html/aqi.json

  下面就可以执行脚本了:

  $ chmod +x aqi.p

  $ 。/aqi.py

  PM2.5:55.3, PM10:47.5

  PM2.5:55.5, PM10:47.7

  PM2.5:55.7, PM10:47.8

  PM2.5:53.9, PM10:47.6

  PM2.5:53.6, PM10:47.4

  PM2.5:54.2, PM10:47.3

  …

  自动化执行脚本

  只需要使用诸如 crontab 的服务,我们就不需要每次都手动启动脚本了。按照以下命令打开 crontab 文件:

  $ crontab -e

  在文件末尾添加这一行:

  @reboot cd /home/pi/ && 。/aqi.py

  现在我们的脚本就会在树莓派每次重启后自动执行了。

  展示颗粒物测定值和空气质量指数的 HTML 页面

  我们在前面已经安装了一个轻量级的 web 服务器 lighttpd ,所以我们需要把 HTML、JavaScript、CSS 文件放置在 /var/www/html 目录中,这样就能通过电脑和智能手机访问到相关数据了。执行下面的三条命令,可以下载到对应的文件:

  $ wget -O /var/www/html/index.html https://raw.githubusercontent.com/zefanja/aqi/master/html/index.html

  $ wget -O /var/www/html/aqi.js https://raw.githubusercontent.com/zefanja/aqi/master/html/aqi.js

  $ wget -O /var/www/html/style.css https://raw.githubusercontent.com/zefanja/aqi/master/html/style.css

  在 JavaScript 文件中,实现了打开 JSON 文件、提取数据、计算空气质量指数的过程,随后页面的背景颜色将会根据 EPA 的划分标准而变化。

  你只需要用浏览器访问树莓派的地址,就可以看到当前颗粒物浓度值等数据了: http://192.168.1.5:

  这个页面比较简单而且可扩展,比如可以添加一个展示过去数小时历史数据的表格等等。

  这是 Github上的完整源代码 。

  总结

  在资金相对紧张的情况下,树莓派是一种选择。除此以外,还有很多可以用来测定颗粒物的应用,包括室外固定装置、移动测定设备等等。我们学校则同时采用了这两种:固定装置在室外测定全天颗粒物浓度,而移动测定设备在室内检测空调过滤器的效果。

  Luftdaten.info 提供了一个如何设计类似的传感器的介绍,其中的软件效果出众,而且因为它没有使用树莓派,所以硬件更是小巧。

  对于学生来说,设计一个颗粒物传感器确实算得上是一个优秀的课外项目。

  你又打算如何使用你的 树莓派 呢?

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发表于 2016-04-28 18:01 327次阅读
英蓓特VP在微软WinHEC大会演讲:树莓派定制...

Ubuntu 16.04 MATE树莓派3版本开...

 Ubuntu的MATE项目负责人Martin Wimpress昨天宣布推出Ubuntu 16.04...

发表于 2016-04-06 10:20 2412次阅读
Ubuntu 16.04 MATE树莓派3版本开...

用树莓派搭建一个物联网运动控制伺服

建立一个可以控制“物”的模型,即模仿你的手部动作,并显示颜色基础上的手指定位的议案,希望在这篇文章的...

发表于 2016-03-21 15:48 12022次阅读
用树莓派搭建一个物联网运动控制伺服

树莓派3代前天才发布 微软已为它做了Win10系...

北京时间3月2日上午消息,微软本周公布了面向廉价ARM计算机树莓派3的Windows 10 IoT ...

发表于 2016-03-04 10:46 3551次阅读
树莓派3代前天才发布 微软已为它做了Win10系...

e络盟率先推出第三代树莓派

[中国 – 2016年2月29日] 全球树莓派领先制造商与分销商e络盟日前宣布推出全新第三代树莓派B...

发表于 2016-03-03 15:04 1081次阅读
e络盟率先推出第三代树莓派

2015年,工程师不应该错过的几款开发板

2015年,迷你电脑主机大走低价路线。以往动辄上百美金的开发板,在过去一年集体大幅度跳水,售价低至1...

发表于 2016-02-04 09:07 1398次阅读
2015年,工程师不应该错过的几款开发板

如何使用树莓派,一小时打造个游戏机出来

 你怀恋小时候玩过的小霸王和街机游戏吗?使用RetroPie软件、树莓派和USB游戏控制器,不到一个...

发表于 2016-01-13 13:44 23057次阅读
如何使用树莓派,一小时打造个游戏机出来

盘点2015年的8大黑科技,真有范!

 年底大家都爱做各种盘点和展望,诸如销量最高的产品、最受关注的产品之类。笔者长期关注科技领域,见过的...

发表于 2015-12-28 11:21 872次阅读
盘点2015年的8大黑科技,真有范!

玩转树莓派!设计一个专属你的开源扩展板

Arduino的扩展板被称为Shield,而树莓派的扩展板则称作HAT(Hardware Attac...

发表于 2015-08-06 10:09 5329次阅读
玩转树莓派!设计一个专属你的开源扩展板

DIY一个树莓派扩展板

 Arduino的扩展板被称为Shield,而树莓派的扩展板则称作HAT(Hardware Atta...

发表于 2015-08-04 14:37 2826次阅读
DIY一个树莓派扩展板

鬼才创客:用树莓派DIY天气检测站

树莓派是现在最受创客欢迎的开发平台之一,看得多了,自己也忍不住想做一个。在经过了学习和查询之后,我终...

发表于 2015-07-20 11:00 9821次阅读
鬼才创客:用树莓派DIY天气检测站

树莓派不孤单,BBC推出可编程微型电脑Micro...

据报道,自Raspberry Pi(树莓派)推出以来,就陆续有不少同类的产品出来让更多人能以低成本学...

发表于 2015-07-10 09:05 2248次阅读
树莓派不孤单,BBC推出可编程微型电脑Micro...

你真的了解树莓派吗?来看看它都适合哪类开发者

什么是树莓派?raspberrypi.org网站上大抵是这样描述的,树莓派是低成本的只有信用卡大小的...

发表于 2015-06-25 10:06 31477次阅读
你真的了解树莓派吗?来看看它都适合哪类开发者

9美元超低价电脑比树莓派强在用了中国芯?

  注册在在美国加州的 NTC(Next Thing Co.)公司,最近在Kickstarter上发...

发表于 2015-06-09 09:53 1610次阅读
9美元超低价电脑比树莓派强在用了中国芯?

万能的树莓派:各种奇葩DIY

树莓派是一款基于 ARM 的微型电脑主机板,只有火柴盒大小,是现在全球最受关注的开源硬件。树莓派一直...

发表于 2015-04-16 13:51 23734次阅读
万能的树莓派:各种奇葩DIY

树莓派设计 无线感应报警器DIY创意无限

通过把LCD1602,蜂鸣器和单路径循迹传感器模块都接入到树莓派的GPIO引脚上面,用单路径循迹传感...

发表于 2015-04-07 16:33 4740次阅读
树莓派设计 无线感应报警器DIY创意无限

采用树莓派与L298N制作遥控小车全攻略

本文主要描述使用树莓派和L298N制作一个简单的遥控小车,遥控器使用简单的WEB来实现。

发表于 2015-03-31 10:11 22048次阅读
采用树莓派与L298N制作遥控小车全攻略

e络盟推出全新第二代树莓派,速度提升6倍

e络盟今日宣布推出全新树莓派™ 2代B型板。该新型开发板由树莓派基金会旗下贸易公司与e络盟在伦敦碎片...

发表于 2015-02-02 18:17 833次阅读
e络盟推出全新第二代树莓派,速度提升6倍

2014国外创客最具创意10大DIY单板计算机项...

在2014即将结束之际,厂商积极抓住机会发布新的单板计算机(SBC)设计。此外,今年创客DIY设计的...

发表于 2014-12-29 16:57 32016次阅读
2014国外创客最具创意10大DIY单板计算机项...

简介:用树莓派造一个无线月球车

树莓派无线月球车是我最近做的一个项目,通过这个好玩的项目我自己也学到了很多。

发表于 2014-12-22 14:31 1644次阅读
简介:用树莓派造一个无线月球车

工程师故事:为树莓派制作2合1电源的那些事

先一句话自我介绍一下,我是树莓派的粉丝一名,因为用树莓派几乎可以做出你想做的任何东西,而且至今为止网...

发表于 2014-12-05 15:40 954次阅读
工程师故事:为树莓派制作2合1电源的那些事

视觉享受!用Raspberry Pi实现圣诞树灯...

本文将介绍用树莓派实现圣诞树LED灯光秀的方法, 这个项目需要用Raspberry Pi来驱动8个交...

发表于 2014-11-12 18:31 2922次阅读
视觉享受!用Raspberry Pi实现圣诞树灯...

教你如何用树莓派做微信控制智能停车监控系统

看见微信想要加强人、物互联的趋势,北邮研二的学生郑文晓和两个同学一起,研发了可以通过微信公众号来查询...

发表于 2014-09-26 09:52 7268次阅读
教你如何用树莓派做微信控制智能停车监控系统

用树莓派和Arduino打造植物环境监测模型

植物小伙伴是一个土壤水分传感器系统,当我的植物需要浇水的时候就可以通过电子邮件和短信提醒我。整个系统...

发表于 2014-09-18 11:07 9633次阅读
用树莓派和Arduino打造植物环境监测模型

Eben+RS:两大合力引爆树莓派热潮

趁着RS Components携树莓派基金会创始人Eben Upton开启一场树莓派“中国之旅”的机...

发表于 2014-08-21 18:47 682次阅读
Eben+RS:两大合力引爆树莓派热潮

e络盟推出树莓派计算模块开发套件

[中国 – 2014年8月15日] e络盟日前宣布推出最新系列扩展开发工具套件树莓派计算模块开发套件...

发表于 2014-08-21 15:55 849次阅读
e络盟推出树莓派计算模块开发套件

树莓派创始人中国行 为创客带来新机遇

8月13日晚,树莓派爱好者期待已久的树莓派创始人Eben Upton中国行深圳站如期到来,此次会议由...

发表于 2014-08-18 18:42 1861次阅读
树莓派创始人中国行 为创客带来新机遇

树莓派创始人中国行 无限创意掀起智慧新风潮

2014年8月13日晚,由欧时电子(RS)携手电子发烧友网共同举办的“树莓派交流大会”于深圳马哥孛罗...

发表于 2014-08-15 15:45 1742次阅读
树莓派创始人中国行 无限创意掀起智慧新风潮