Stephan Tetzel 发布的文章

用树莓派、一个廉价的传感器和一个便宜的屏幕监测空气质量。

大约一年前，我写了一篇关于如何使用树莓派和廉价传感器测量空气质量的文章。我们这几年已在学校里和私下使用了这个项目。然而它有一个缺点：由于它基于无线/有线网，因此它不是便携的。如果你的树莓派、你的智能手机和电脑不在同一个网络的话，你甚至都不能访问传感器测量的数据。

为了弥补这一缺陷，我们给树莓派添加了一块小屏幕，这样我们就可以直接从该设备上读取数据。以下是我们如何为我们的移动细颗粒物传感器搭建并配置好屏幕。

为树莓派搭建好屏幕

在亚马逊、阿里巴巴以及其它来源有许多可以买到的树莓派屏幕，从 ePaper 屏幕到可触控 LCD。我们选择了一个便宜的带触控功能且分辨率为 320*480 像素的3.5英寸 LCD，可以直接插进树莓派的 GPIO 引脚。3.5 英寸屏幕和树莓派几乎一样大，这一点不错。

当你第一次启动屏幕打开树莓派的时候，会因为缺少驱动屏幕会保持白屏。你得首先为屏幕安装合适的驱动。通过 SSH 登入并执行以下命令：

$ rm -rf LCD-show
$ git clone <https://github.com/goodtft/LCD-show.git>
$ chmod -R 755 LCD-show
$ cd LCD-show/

为你的屏幕执行合适的命令以安装驱动。例如这是给我们 MPI3501 型屏幕的命令：

$ sudo ./LCD35-show

这行命令会安装合适的驱动并重启树莓派。

安装 PIXEL 桌面并设置自动启动

以下是我们想要我们项目能够做到的事情：如果树莓派启动，我们想要展现一个有我们空气质量测量数据的网站。

首先，安装树莓派的PIXEL 桌面环境：

$ sudo apt install raspberrypi-ui-mods

然后安装 Chromium 浏览器以显示网站：

$ sudo apt install chromium-browser

需要自动登录以使测量数据在启动后直接显示；否则你将只会看到登录界面。然而树莓派用户并没有默认设置好自动登录。你可以用 raspi-config 工具设置自动登录：

$ sudo raspi-config

在菜单中，选择：“3 Boot Options → B1 Desktop / CLI → B4 Desktop Autologin”。

在启动后用 Chromium 打开我们的网站这块少了一步。创建文件夹 /home/pi/.config/lxsession/LXDE-pi/：

$ mkdir -p /home/pi/config/lxsession/LXDE-pi/

然后在该文件夹里创建 autostart 文件:

$ nano /home/pi/.config/lxsession/LXDE-pi/autostart

并粘贴以下代码：

#@unclutter
@xset s off
@xset -dpms
@xset s noblank

# Open Chromium in Full Screen Mode
@chromium-browser --incognito --kiosk <http://localhost>

如果你想要隐藏鼠标指针，你得安装 unclutter 包并移除 autostart 文件开头的注释。

$ sudo apt install unclutter

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我对去年的代码做了些小修改。因此如果你之前搭建过空气质量项目，确保用原文章中的指导为 AQI 网站重新下载脚本和文件。

通过添加触摸屏，你现在拥有了一个便携的颗粒物传感器！我们在学校用它来检查教室里的空气质量或者进行比较测量。使用这种配置，你无需再依赖网络连接或 WLAN。你可以在任何地方使用这个小型测量站——你甚至可以使用移动电源以摆脱电网。

这篇文章原来在 开源学校解决方案 Open Scool Solutions 上发表，获得许可重新发布。

via: https://opensource.com/article/19/3/mobile-particulate-matter-sensor

作者：Stephan Tetzel 选题：lujun9972 译者：tomjlw 校对：wxy

本文由 LCTT 原创编译，Linux中国 荣誉推出

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。

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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

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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 [email protected]

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？

via: https://opensource.com/article/18/3/how-measure-particulate-matter-raspberry-pi

作者：Stephan Tetzel 译者：HankChow 校对：wxy

本文由 LCTT 原创编译，Linux中国 荣誉推出