如何構(gòu)建一個(gè)能夠測(cè)量空氣質(zhì)量的設(shè)備

描述

介紹

在這個(gè)項(xiàng)目中，您將學(xué)習(xí)如何構(gòu)建一個(gè)能夠測(cè)量空氣質(zhì)量的設(shè)備，專為室內(nèi)使用而設(shè)計(jì)。它以交互方式在 5 英寸觸摸屏上顯示措施，并提供有關(guān)如何改善空氣質(zhì)量狀況的反饋。它使用許多傳感器：

• BME280——溫度、濕度和大氣壓力傳感器。
• CC811 - CO2 和 TVOC（總揮發(fā)性有機(jī)化合物）傳感器。
• SDS011 - 灰塵傳感器（顆粒物 - PM 2.5 和 PM 10 ）。

這些傳感器連接到一臺(tái)運(yùn)行 Android Things OS 的小型計(jì)算機(jī)，帶有屏幕和 WiFi 連接。這個(gè)項(xiàng)目的制作方式應(yīng)該很容易根據(jù)您的需要進(jìn)行調(diào)整，并添加各種改進(jìn)，如在線連接或額外的傳感器。

為什么要測(cè)量室內(nèi)空氣質(zhì)量？

大多數(shù)現(xiàn)代應(yīng)用都側(cè)重于測(cè)量室外空氣污染。這確實(shí)是非常重要和有用的，然而人一生中的大部分時(shí)間都是在室內(nèi)度過的。這也是一種環(huán)境，人們可以使用各種空氣凈化儀器來影響氣候。

室內(nèi)氣候的負(fù)面變化往往受到正常人類行為的影響。例如，在通風(fēng)不良的擁擠空間中，CO2 水平會(huì)增加，做飯或吸煙時(shí) PM 水平會(huì)增加。

這表明更需要監(jiān)測(cè)這些空氣質(zhì)量水平并能夠及時(shí)做出反應(yīng)。

在開始之前

除了硬件組件部分中的列表之外，下面的部分應(yīng)該更深入地了解我在項(xiàng)目中使用的硬件組件。

傳感器

我在硬件組件中提到了 SparkFun 傳感器，但為了完美地適應(yīng) 3-D 設(shè)計(jì)的外殼，您需要在下圖中獲得帶有分線板的特定傳感器。

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1 / 3 ? BME280

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當(dāng)您收到傳感器時(shí)，BME280 和 CCS811 很可能帶有與分線板分離的接頭，您必須焊接這些接頭。這是相當(dāng)容易的工作，如果您不確定自己在做什么，請(qǐng)按照本教程進(jìn)行操作。確保在傳感器朝外的情況下焊接它們（請(qǐng)參見下一節(jié)中的圖片）。

螺絲

硬件組件部分提到了 M2.5 螺絲。更具體地說，您需要直徑為 2.5 毫米、長(zhǎng)度為 5 毫米的沉頭機(jī)用螺釘。

電纜

您必須專門獲取硬件組件部分中提到的電纜。這是因?yàn)樗枰m合 3D 打印的外殼，而在當(dāng)前設(shè)計(jì)中幾乎沒有公差。

跳線

可能有多種不同版本的跳線可供您使用，但請(qǐng)盡量選擇末端帶有最短黑色塑料保護(hù)套的跳線。我有一些有更長(zhǎng)和更短的版本，而更長(zhǎng)的版本在關(guān)閉時(shí)似乎對(duì)后蓋有點(diǎn)太緊。

第 1 步：將傳感器連接到主板

我們將從使用跳線開始將所有東西連接在一起。您可以在此處按照電路圖進(jìn)行操作：

電路圖：BME280、CCS811、SDS011接IMX7

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它顯示 Raspberry 而不是 IMX7，但引腳相同。如果您需要有關(guān)將傳感器連接到正確的 IMX7 引腳的參考資料的幫助，您還可以使用此引出線圖和隨附的原理圖。

這一步應(yīng)該是最直接的，如果你連接錯(cuò)了，你會(huì)在下一步中發(fā)現(xiàn)它。要記住的一件重要事情是，您必須將 SDS011 的 RX 線連接到 IMX7 的 TX 線，反之亦然。這是因?yàn)楫?dāng)一個(gè)設(shè)備傳輸 (TX) 時(shí)，另一個(gè)設(shè)備接收 (RX)。你應(yīng)該得到這樣的結(jié)果：

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在下一步中，您將安裝軟件并測(cè)試是否一切正常，因此現(xiàn)在還要連接屏幕和 USB-C 數(shù)據(jù)線。您稍后需要斷開它們，以便能夠?qū)⑺袞|西放入 3-D 打印的外殼中。

第 2 步：安裝軟件

IMX7 計(jì)算機(jī)預(yù)裝了開箱即用的 Android Things 操作系統(tǒng)。將 USB 電纜插入 IMX7 和您的計(jì)算機(jī)。當(dāng) IMX7 啟動(dòng)時(shí)，您應(yīng)該會(huì)看到一個(gè)屏幕，告訴您設(shè)備的名稱、您所連接的網(wǎng)絡(luò)等。如果您沒有連接到任何網(wǎng)絡(luò)，您現(xiàn)在可以這樣做，但是對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，互聯(lián)網(wǎng)連接不需要。

在繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)步驟之前，請(qǐng)確保您的計(jì)算機(jī)上安裝了 Android Studio。

如果 IMX7 機(jī)器上安裝了任何東西，您需要在繼續(xù)之前將其卸載。這可以（在 Windows 上）通過訪問C:\Users\,\AppData\Local\Android\Sdk\platform-tools>您的 cmd 并鍵入adb root以獲得對(duì)您的 IMX7 的根訪問權(quán)限來完成，然后adb shell,cd data/app和ls. 然后你會(huì)看到機(jī)器上安裝的所有包。如果有，請(qǐng)復(fù)制應(yīng)用程序名稱 - 這是“-”之前的所有內(nèi)容。輸入exit，然后輸入adb uninstall 。該名稱是您之前復(fù)制的名稱。

轉(zhuǎn)到您的 Android 工作室并從版本控制中檢查該項(xiàng)目。您的 Android Studio 應(yīng)該會(huì)自動(dòng)檢測(cè)連接的 IMX7，您應(yīng)該能夠通過按“運(yùn)行”在其上運(yùn)行項(xiàng)目。當(dāng)您執(zhí)行此操作并且項(xiàng)目成功運(yùn)行時(shí)，即使您現(xiàn)在將其從計(jì)算機(jī)上拔下，它仍將安裝在計(jì)算機(jī)上。

確保當(dāng)傳感器信息顯示在屏幕上時(shí)，它看起來類似于以下之一：

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CO2 和 TVOC 值可能會(huì)跳躍一段時(shí)間，但最終它們將開始分別顯示高于 400 和 0 的值。

如果某些東西沒有按描述工作，請(qǐng)重新連接傳感器，重試并觀察 Logcat。

在這里，您還可以調(diào)整不同空氣質(zhì)量水平通知的閾值。只需Constants.kt在 Android Studio 中更改文件中的值。

確保一切正常后，我們可以在最終組裝前對(duì)外殼進(jìn)行 3D 打印。

第 3 步：3-D 打印

對(duì)于此步驟，您將需要一個(gè)蓋子文件和一個(gè)來自附件的案例文件。如果你不想編輯任何東西，你可以下載這些文件并將它們導(dǎo)入到你的 3-D 打印機(jī)使用的切片程序中。我用 CraftBot 打印過，所以我用他們的CraftWare切片軟件制作了一個(gè)包含打印機(jī)說明的文件。

如果您不確定從哪里獲得 3D 打印機(jī)，請(qǐng)檢查您附近是否有FabLab 。我很幸運(yùn)在我附近有一臺(tái) 3D 打印機(jī)，它們對(duì)一切都非常有幫助！

完成的 3-D 打印

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您可能會(huì)注意到附件中的 3-D 設(shè)計(jì)與我打印的略有不同。我最初在設(shè)計(jì)中犯了一些錯(cuò)誤，不得不使用 Dremel 工具磨掉一些多余的塑料。這應(yīng)該已經(jīng)在最新的設(shè)計(jì)中得到修復(fù)，因此這個(gè)過程對(duì)您來說應(yīng)該會(huì)更順暢。

我還沒有打印這個(gè)新版本，所以如果你打印了并且發(fā)現(xiàn)了更多需要改進(jìn)的地方，請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論中分享。我試圖改進(jìn)的一件事是流向 BME280 和 CCS811 傳感器的氣流，因?yàn)樗鼈兏兄諝赓|(zhì)量變化的速度非常慢，而且 IMX7 存在一些不需要的熱傳遞。

如果可以的話，用你喜歡的燈絲顏色 3-D 打印，我只有白色燈絲，所以我后來將打印件噴漆成黑色。

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1 / 2 ?彩繪 3-D 打印正面

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您的印刷品很可能會(huì)為懸垂部分提供支撐，因此請(qǐng)清理這些并在需要時(shí)打磨掉多余的塑料。現(xiàn)在您應(yīng)該準(zhǔn)備好將所有東西組裝在一起。

第 4 步：總裝

首先將屏幕放在機(jī)箱前部的開口中。使用膠水或膠帶將其固定到位（取決于您必須再次拆卸設(shè)備的可能性）。現(xiàn)在，放置天線并將其擰入。

屏幕和天線

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插入插入 USB 數(shù)據(jù)線的 IMX7。屏幕的兩個(gè)連接器插入起來有點(diǎn)棘手，因此請(qǐng)耐心等待并小心不要弄壞它們。插入屏幕后，用 3 個(gè)螺絲固定 IMX7，這就足夠了。

將 BME280 和 CCS811 放在機(jī)箱角落的指定位置。如果寬度不合適，則需要從側(cè)面打磨一下。把它們擰進(jìn)去。

IMX7、BME280 和 CCS811

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現(xiàn)在您已準(zhǔn)備好放入 SDS011。用 3 個(gè)螺絲固定。

SDS011

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蓋上蓋子并擰緊。

結(jié)論

在理想情況下，您現(xiàn)在將設(shè)備的 USB 電纜插入電源，一切都應(yīng)該正常工作。這有可能不會(huì)發(fā)生，在這種情況下，請(qǐng)嘗試回頭找出問題所在。仔細(xì)檢查是否一切都正確連接。

在屏幕上，您可以選擇更改測(cè)量間隔。默認(rèn)為 1 秒。您還可以查看有關(guān)每個(gè)測(cè)量值含義的更多信息。

構(gòu)建此設(shè)備后，我鼓勵(lì)您根據(jù)自己的需要和愿望對(duì)其進(jìn)行修改。添加在線連接、更多傳感器、圖表、空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)……在評(píng)論中分享您的體驗(yàn)！