如何使用樹莓派測定顆粒物

使用兩個簡單的硬體設備和幾行代碼構建一個空氣質量探測器。

-- Stephan Tetzel

致謝

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

作者　|　Stephan Tetzel

譯者　|　Hank Chow (HankChow) 共計翻譯：4篇 貢獻時間：118 天

使用兩個簡單的硬體設備和幾行代碼構建一個空氣質量探測器。

我們在東南亞的學校定期測定空氣中的顆粒物。這裡的測定值非常高，尤其是在二到五月之間，乾燥炎熱、土地乾旱等各種因素都對空氣質量產生了不利的影響。我將會在這篇文章中展示如何使用樹莓派來測定顆粒物。

什麼是顆粒物？

顆粒物就是粉塵或者空氣中的微小顆粒。其中 PM10 和 PM2.5 之間的差別就是 PM10 指的是粒徑小於 10 微米的顆粒，而 PM2.5 指的是粒徑小於 2.5 微米的顆粒。在粒徑小於 2.5 微米的的情況下，由於它們能被吸入肺泡中並且對呼吸系統造成影響，因此顆粒越小，對人的健康危害越大。

世界衛生組織的建議顆粒物濃度

[1]

是：

? 年均 PM10 不高於 20 μg/m3

? 年均 PM2.5 不高於 10 μg/m3

? 不允許超標時，日均 PM10 不高於 50 μg/m3

? 不允許超標時，日均 PM2.5 不高於 25 μg/m3

以上數值實際上是低於大多數國家的標準的，例如歐盟對於 PM10 所允許的年均值是不高於 40 μg/m3。

什麼是空氣質量指數Air Quality Index（AQI）？

空氣質量指數是按照顆粒物的測定值來評價空氣質量的好壞，然而由於各國之間的計算方式有所不同，這個指數並沒有統一的標準。維基百科上關於空氣質量指數

[2]

的詞條對此給出了一個概述。我們學校則以美國環境保護協會Environment Protection Agency

[3]

（EPA）建立的分類法來作為依據。

空氣質量指數

測定顆粒物需要哪些準備？

測定顆粒物只需要以下兩種器材：

? 樹莓派（款式不限，最好帶有 WiFi）

? SDS011 顆粒物感測器

顆粒物感測器

如果是只帶有 Micro USB 的樹莓派 Zero W，那還需要一根連接到標準 USB 埠的適配線，只需要 20 美元，而感測器則自帶適配串列介面的 USB 適配器。

安裝過程

對於樹莓派，只需要下載對應的 Raspbian Lite 鏡像並且寫入到 Micro SD 卡

[4]

上就可以了（網上很多教程都有介紹如何設置 WLAN 連接，我就不細說了）。

如果要使用 SSH，那還需要在啟動分區建立一個名為 的空文件。樹莓派的 IP 通過路由器或者 DHCP 伺服器獲取，隨後就可以通過 SSH 登錄到樹莓派了（默認密碼是 raspberry）：

首先我們需要在樹莓派上安裝一下這些包：

在開始之前，我們可以用 來獲取 USB 適配器連接的串列介面：

在最後一行，可以看到介面 。然後我們需要寫一個 Python 腳本來讀取感測器的數據並以 JSON 格式存儲，在通過一個 HTML 頁面就可以把數據展示出來了。

在樹莓派上讀取數據

首先創建一個感測器實例，每 5 分鐘讀取一次感測器的數據，持續 30 秒，這些數值後續都可以調整。在每兩次測定的間隔，我們把感測器調到睡眠模式以延長它的使用壽命（廠商認為元件的壽命大約 8000 小時）。

我們可以使用以下命令來下載 Python 腳本：

另外還需要執行以下兩條命令來保證腳本正常運行：

下面就可以執行腳本了：

自動化執行腳本

只需要使用諸如 crontab 的服務，我們就不需要每次都手動啟動腳本了。按照以下命令打開 crontab 文件：

在文件末尾添加這一行：

現在我們的腳本就會在樹莓派每次重啟後自動執行了。

展示顆粒物測定值和空氣質量指數的 HTML 頁面

我們在前面已經安裝了一個輕量級的 web 伺服器 ，所以我們需要把 HTML、JavaScript、CSS 文件放置在 目錄中，這樣就能通過電腦和智能手機訪問到相關數據了。執行下面的三條命令，可以下載到對應的文件：

在 JavaScript 文件中，實現了打開 JSON 文件、提取數據、計算空氣質量指數的過程，隨後頁面的背景顏色將會根據 EPA 的劃分標準而變化。

你只需要用瀏覽器訪問樹莓派的地址，就可以看到當前顆粒物濃度值等數據了：http://192.168.1.5:

這個頁面比較簡單而且可擴展，比如可以添加一個展示過去數小時歷史數據的表格等等。

這是Github上的完整源代碼

[6]

。

總結

在資金相對緊張的情況下，樹莓派是一種選擇。除此以外，還有很多可以用來測定顆粒物的應用，包括室外固定裝置、移動測定設備等等。我們學校則同時採用了這兩種：固定裝置在室外測定全天顆粒物濃度，而移動測定設備在室內檢測空調過濾器的效果。

Luftdaten.info

[7]

提供了一個如何設計類似的感測器的介紹，其中的軟體效果出眾，而且因為它沒有使用樹莓派，所以硬體更是小巧。

對於學生來說，設計一個顆粒物感測器確實算得上是一個優秀的課外項目。

你又打算如何使用你的樹莓派

[8]

呢？

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

作者：Stephan Tetzel

[10]

譯者：HankChow校對：wxy

本文由LCTT原創編譯，Linux中國榮譽推出

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