MONK MAKES ערכת איכות אוויר להוראות Raspberry Pi

ערכת איכות האוויר של MonkMakes עבור Raspberry Pi מבוססת על לוח חיישן איכות האוויר של MonkMakes. תוסף זה עבור Raspberry Pi מודד את איכות האוויר בחדר (עד כמה האוויר מעופש) וכן את הטמפרטורה. ללוח יש תצוגה של שש נוריות לד (ירוק, כתום ואדום) המציגות את איכות האוויר וזמזם. קריאת הטמפרטורה ואיכות האוויר יכולה להיקרא על ידי ה-Raspberry Pi שלך, וניתן לשלוט בזמזם ובצג ה-LED גם מה-Raspberry Pi שלך.
לוח חיישן איכות האוויר, מתחבר ישירות לחלק האחורי של Raspberry Pi 400, אך ניתן להשתמש בו גם עם דגמים אחרים של Raspberry Pi, באמצעות חוטי המגשרים ותבנית ה-GPIO הכלולים בערכה.

חלקים

שימו לב ש-Raspberry Pi אינו כלול בערכה זו.
לפני שתעשה משהו אחר, בדוק שהערכה שלך כוללת את הפריטים שלהלן.

איכות אוויר ו-ECO2

לוח חיישן איכות האוויר משתמש בחיישן עם מספר חלק של CCS811. השבב הקטן הזה אינו מודד למעשה את רמת ה-CO2 (פחמן דו חמצני) אלא את רמתה של קבוצת גזים הנקראים תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs). כשהם בתוך הבית, רמת הגזים הללו עולה בקצב דומה למדי לזה של CO2, ולכן ניתן להשתמש בהם כדי להעריך את רמת ה-CO2 (נקרא CO2 המקביל או eCO2).
לרמת ה-CO2 באוויר שאנו נושמים יש השפעה ישירה על הרווחה שלנו. רמות CO2 מעוררות עניין מיוחד מנקודת בריאות הציבור של view שכן, במילים פשוטות, הם מדד לכמה אנחנו נושמים אוויר של אנשים אחרים. אנו בני האדם נושמים CO2 ולכן, אם מספר אנשים נמצאים בחדר לא מאוורר, רמת ה-CO2 תעלה בהדרגה. זה דומה מאוד לארוסולים הנגיפיים שמפיצים הצטננות, שפעת וקורונה כאשר אנשים נושמים את שניהם יחד.
השפעה חשובה נוספת של רמות CO2 היא בתפקוד הקוגניטיבי - כמה טוב אתה יכול לחשוב. למחקר הזה (בין רבים נוספים) יש כמה ממצאים מעניינים. הציטוט הבא הוא מהמרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה בארה"ב: "ב-1,000 ppm CO2, ירידות מתונות ומשמעותיות סטטיסטית התרחשו בשישה מתוך תשעה סולמות של ביצועי קבלת החלטות. ב-2,500 עמודים לדקה התרחשו הפחתות גדולות ומובהקות סטטיסטית בשבעה סולמות של ביצועי קבלת החלטות" מקור: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3548274/
הטבלה שלהלן מבוססת על מידע מ https://www.kane.co.uk/knowledge-centre/whatare-safe-levels-of-co-and-co2-in-rooms
ומראה את הרמות שבהן CO2 יכול להפוך לא בריא. קריאות ה-CO2 הן ב-ppm (חלקים למיליון).

רמת CO2 (ppm)	הערות
250-400	ריכוז תקין באוויר הסביבה.
400-1000	ריכוזים אופייניים לחללים פנימיים תפוסים עם חילופי אוויר טובים.
1000-2000	תלונות על נמנום ואוויר לקוי.
2000-5000	כאבי ראש, ישנוניות וסtagאוויר נאנט, מעופש, מחניק. ריכוז ירוד, אובדן קשב, קצב לב מוגבר ובחילות קלות עלולים להיות גם כן.
5000	מגבלת חשיפה במקום העבודה ברוב המדינות.
> 40000	חשיפה עלולה להוביל לחוסר חמצן חמור וכתוצאה מכך לנזק מוחי קבוע, תרדמת ואפילו מוות.

הֲקָמָה

בין אם אתה משתמש ב-Raspberry Pi 400 או ב-Raspberry Pi 2, 3 או 4, ודא שה-Raspberry Pi כבוי וכבוי לפני שתחבר את חיישן איכות האוויר.
חיישן איכות האוויר יציג את קריאות eCO2 ברגע שהוא מקבל חשמל מה-Raspberry Pi שלך. לכן, לאחר שחיברת אותו, התצוגה אמורה לציין את רמת eCO2. לאחר מכן תלמד כיצד ליצור אינטראקציה עם הלוח, קבלת קריאות ושליטה על נוריות ה-LED והזמזם מתוכנית Python.
חיבור חיישן איכות האוויר (Raspberry Pi 400)
חשוב מאוד שלא תדחפו את המחבר בזווית, או תדחפו אותו חזק מדי, מכיוון שאתם עלולים לכופף את הפינים במחבר ה-GPIO. כשהסיכות מסודרות בשורה
נכון, הוא צריך לדחוף למקומו בקלות.המחבר מתאים כפי שמוצג לעיל. שימו לב שהקצה התחתון של הלוח מתיישר עם החלק התחתון של המארז של Pi 400, והצד של הלוח משאיר מספיק מקום לגישה נוחה לכרטיס ה-micro SD. לאחר שחיברתם את הלוח, הפעל את ה-Raspberry Pi שלך. - גם נורית הכוח (בלוגו MonkMakes) וגם אחת מנורות ה-eCO2 אמורות להאיר.
חיבור חיישן איכות האוויר (Raspberry Pi 2/3/4)
אם יש לך Raspberry Pi 2, 3, 4, אז תצטרך את Raspberry Leaf וכמה חוטי מגשר נקבה לזכר כדי לחבר את לוח חיישן איכות האוויר ל-Raspberry Pi שלך.
אזהרה: היפוך כבלי החשמל או חיבור חיישן איכות האוויר ל-5V במקום לפין 3V של ה-Raspberry Pi עשוי לשבור את החיישן ועלול לגרום נזק ל-Raspberry Pi שלך. אז, אנא בדוק היטב את החיווט לפני הפעלת ה-Raspberry Pi שלך.
התחל על ידי התקנת עלה ה-Raspberry Leaf על פיני ה-GPIO של Raspberry Pi שלך כדי שתוכל לדעת איזו סיכה היא איזו. התבנית יכולה להתאים לשני הצדדים, אז הקפד לעקוב אחר התרשים שלהלן. בשלב הבא אתה הולך לחבר ארבעה מובילים בין פיני ה-GPIO של Raspberry Pi ללוח איכות האוויר בצורה הבאה:

סיכת Raspberry Pi (as מסומן על העלה)	מועצת איכות האוויר (כמו מסומן על המחבר)	צבע חוט מוצע.
GND (כל סיכה המסומנת GND תתאים)	GND	שָׁחוֹר
3.3V	3V	אָדוֹם
14 TXD	PI_TXD	כָּתוֹם
15 RXD	PI_RXD	צָהוֹב

ברגע שהכל מחובר, זה אמור להיראות כך:בדוק היטב את החיווט שלך ולאחר מכן הפעל את ה-Raspberry Pi שלך - גם נורית המתח (בלוגו MonkMakes) וגם אחת מהנוריות אמורות להאיר.
ניתוק לוח איכות האוויר
לפני הסרת הלוח מ-Raspberry Pi 400.

כבה את ה-Raspberry Pi.
הסר בעדינות את הלוח מהגב של ה-Pi 400, קצה אותו מעט מכל צד בתורו, כדי לא לכופף את הפינים.
אם יש לך Pi 2/3/4 פשוט הסר את חוטי המגשרים מה-Raspberry Pi.

הפעלת הממשק הטורי
למרות שהלוח יציג את רמת eCO2 ללא כל תכנות, זה אומר שאנחנו פשוט משתמשים ב-Raspberry Pi כמקור כוח. כדי להיות מסוגל ליצור אינטראקציה עם הלוח מתוך תוכנית Python, ב-Raspberry Pi שלנו, יש עוד כמה צעדים שעלינו לנקוט.
הראשון הוא להפעיל את הממשק הטורי ב-Raspberry Pi, שכן ממשק זה משמש את לוח איכות האוויר.
כדי לעשות זאת, בחר העדפות ולאחר מכן Raspberry Pi Configuration מהתפריט הראשי.
עבור ללשונית ממשקים וודא שהיציאה הטורית מופעלת והמסוף הטורי מושבת.

הורדת האקסampלתוכניות
האקסיתampתוכניות לערכה זו זמינות להורדה מ- GitHub. כדי להביא אותם, הפעל חלון דפדפן ב-Raspberry Pi שלך ועבור לכתובת זו:
https://github.com/monkmakes/pi_aq הורד ארכיון zip של הפרויקט על ידי לחיצה על כפתור הקוד ולאחר מכן על האפשרות הורד ZIP.לאחר סיום ההורדה, חלץ את הקובץ files מארכיון ה-ZIP על ידי מציאת ה-ZIP file בתיקיית ההורדות שלך ולאחר מכן לחץ לחיצה ימנית עליה ובחר באפשרות Extract To.בחר ספרייה מתאימה (הייתי ממליץ על ספריית הבית שלך - /home/pi) וחלץ את fileס. פעולה זו תיצור תיקיה בשם pi_aq-main. שנה את שם זה ל-pi_aq בלבד.
תוני
לאחר שהורדת את התוכניות, אתה יכול פשוט להפעיל אותן משורת הפקודה.
עם זאת, זה טוב להסתכל על files, ועורך תוני יאפשר לנו לערוך את files ולהפעיל אותם.
עורך Thonny Python מותקן מראש ב-Raspberry Pi OS. תמצא אותו בסעיף תכנות בתפריט הראשי. אם מסיבה כלשהי הוא לא מותקן אצלך
Raspberry Pi, לאחר מכן תוכל להתקין אותו באמצעות אפשרות התפריט הוסף/הסר תוכנה בפריט תפריט העדפות.הסעיף הבא מסביר קצת יותר על מה שהחיישן הזה מודד, לפני שנעבור לאינטראקציה עם לוח איכות האוויר באמצעות Python ות'וני.

תחילת העבודה

לפני שנתחיל בתכנות Python, בואו נסתכל על לוח איכות האוויר.נורית מחוון המתח בפינה השמאלית העליונה מספקת בדיקה מהירה שהלוח מקבל חשמל. מתחת לזה נמצא שבב חיישן טמפרטורה, ולצדו שבב חיישן eCO2 עצמו. אם תסתכלו בו היטב, תראו שיש בו חורים זעירים כדי שהאוויר יוכל להיכנס ולצאת. ישירות מתחת לחיישן eCO2 יש זמזם, שתוכל להפעיל ולכבות מהתוכניות שלך. זה שימושי למתן אזעקות. העמודה של שש נוריות לד מורכבת (מלמטה למעלה) משתי נוריות לד ירוקות, שתי נוריות לד כתומות ושתי נוריות לד אדומות. אלה ידלקו כאשר חריגה מרמת ה-eCO2 המסומנת ליד כל LED. הם יציגו את הרמה ברגע שה-Raspberry Pi יתחיל, אבל אתה יכול גם לשלוט בהם באמצעות Python.
נתחיל בניסיון כמה ניסויים משורת הפקודה. פתח הפעלת טרמינל על ידי לחיצה על סמל המסוף בחלק העליון של המסך שלך, או על הקטע אביזרים בתפריט הראשי. כאשר הטרמינל נפתח, הקלד את הפקודות הבאות אחרי ההנחיה $, כדי לשנות ספריות (cd) ולפתוח Python פתח את מודול ה-aq המקומי על ידי הקלדת הפקודה: >>> מ-aq import AQ
>>> לאחר מכן צור מופע של מחלקת AQ על ידי הקלדת: >>> aq = AQ()
>>> כעת נוכל לקרוא את רמת CO2 על ידי הקלדת הפקודה: >>> aq.get_eco2() 434.0
>>> אז במקרה הזה, רמת ה-eCO2 היא 434 עמודים לדקה טריים ויפים. בואו לקבל את הטמפרטורה עכשיו (במעלות צלזיוס). >>> aq.get_temp()
20.32 הערה: אם אתה מקבל הודעות שגיאה בעת הפעלת הקוד שלמעלה, ייתכן שלא מותקן לך GUIZero. הוראות התקנה כאן:
https://lawsie.github.io/guizero/#raspberry-pi

תוכנית 1. ECO2 מטר

בעת הפעלת תוכנית זו ייפתח החלון הדומה לזה המוצג להלן, המציג את הטמפרטורה ורמת ה-eCO2. נסה לשים את האצבע על חיישן הטמפרטורה וקריאות הטמפרטורה אמורות לעלות. אתה יכול גם לנשום בעדינות על חיישן eCO2 והקריאות אמורות לגדול.כדי להפעיל את התוכנית, טען את file 01_aq_meter.py ב-Thonny ולאחר מכן לחץ על כפתור ההפעלה.הנה הקוד לפרויקט. הקוד עושה שימוש בספריית GUI Zero עליה תוכל לקרוא עוד בנספח ב'.כדי לאפשר קריאת טמפרטורה ואור מבלי להפריע לפעולת ממשק המשתמש, מיובאת ספריית השרשורים. הפונקציה update_readings תעשה לולאה לנצח, תיקח קריאות כל חצי שנייה ותעדכן את השדות בחלון.
שאר הקוד מספק את שדות ממשק המשתמש הדרושים להצגת הטמפרטורה ורמת eCO2. אלה מונחים כרשת, כך שהשדות מסתדרים. לכן, כל שדה מוגדר עם תכונת רשת המייצגת את עמדות העמודות והשורות. לכן, השדה שמציג את הטקסט Temp (C) נמצא בעמודה 0, שורה 0 וערך הטמפרטורה המתאים (temp_c_field) נמצא בעמודה 1, שורה 0.
תוכנית 2. מד ECO2 עם אזעקה
תוכנית זו מרחיבה את התוכנית הראשונה, על ידי שימוש בזמזם ובכמה מאפייני ממשק משתמש מפוארים, כדי להשמיע צליל אזעקה והחלון הופך לאדום אם חריגה מרמה מוגדרת של eCO2. המחוון בתחתית החלון קובע את רמת ה-eCO2 שבה צריך להישמע הזמזם והחלון הופך לאדום. נסה להגדיר את רמת האזעקה קצת יותר גבוהה מה-
רמת eCO2 הנוכחית ולאחר מכן לנשום על החיישן.הנה הקוד של תוכנית 2, חלק גדול ממנו דומה מאוד לתוכנית 1. תחומי עניין הודגשו בשרשור bold.import
זמן ייבוא
מאפליקציית guizero import, טקסט, סליידר
מ-aq ייבוא AQ
aq = AQ()
app = App(title=”איכות אוויר”, רוחב=550, גובה=400, פריסה=”רשת”)
def update_readings():
while True: temp_c_field.value = str(aq.get_temp()) eco2 = aq.get_eco2() eco2_field.value = str(eco2)
if eco2 > slider.value: app.bg = "red" app.text_color = "white" aq.buzzer_on()
אחר: app.bg = "לבן" app.text_color = "שחור" aq.buzzer_off() time.sleep(0.5)
t1 = threading.Thread(target=update_readings)
t1.start() # התחל את השרשור שמעדכן את הקריאות aq.leds_automatic()
# להגדיר את ממשק המשתמש
Text(app, text=”Temp (C)”, grid=[0,0], size=20)
temp_c_field = Text(app, text="-“, grid=[1,0], size=100)
Text(app, text="eCO2 (ppm)", grid=[0,1], size=20)
eco2_field = Text(app, text="-“, grid=[1,1], size=100)
טקסט(אפליקציה, טקסט="אזעקה (ppm)", רשת=[0,2], גודל=20)
slider = Slider(app, start=300, end=2000, width=300, height=40, grid=[1,2]) app.display()
ראשית, עלינו להוסיף את Slider לרשימת הדברים שאנו מייבאים מ-guizero.
אנחנו גם צריכים להרחיב את פונקציית update_readings, כך שבנוסף להציג את הטמפרטורה ורמת eCO2, היא גם תבדוק אם הרמה היא מעל הסף. אם כן, הוא מגדיר את רקע החלון לאדום, את הטקסט ללבן ומפעיל את הזמזם. אם רמת eCO2 מתחת לסף שנקבע על ידי המחוון, הוא הופך זאת, ומכבה את הזמזם.

תוכנית 3. יומן נתונים

לתוכנית זו (03_data_logger.py) אין ממשק גרפי. זה רק מנחה אותך להזין מרווח בשניות בין קריאות, ואחריו את השם של a file
שבו ניתן לשמור את הקריאות.באקסampלה למעלה, סampling מוגדר ל-5 שניות וה- file נקרא reads.txt. לאחר שתסיים לרשום נתונים, CTRL-c תסיים את הרישום ותסגור את file.
הנתונים נשמרים באותו פורמט כפי שהם מוצגים בצילום המסך למעלה. כלומר, השורה הראשונה מציינת את הכותרות, כאשר כל ערך מופרד באמצעות תו TAB. ה file נשמר באותה ספרייה כמו התוכנית. לאחר לכידת הנתונים, תוכל לייבא אותם לגיליון אלקטרוני (כמו LibreOffice) ב-Raspberry Pi שלך ואז לשרטט תרשים מהנתונים. אם LibreOffice אינו מותקן ב-Raspberry Pi שלך, אתה יכול להתקין אותו באמצעות האפשרות הוסף/הסר תוכנה בתפריט ההעדפות.
פתח גיליון אלקטרוני חדש, בחר פתח מתוך file תפריט, ונווט אל הנתונים file אתה רוצה להסתכל. פעולה זו תפתח תיבת דו-שיח של ייבוא (ראה בעמוד הבא) המוצגת
שהגיליון האלקטרוני זיהה אוטומטית את העמודות של הנתונים. לחץ על אישור כדי לייבא את הנתונים, ולאחר מכן בחר את העמודה עבור קריאות eCO2. לאחר מכן תוכל לשרטט גרף של קריאות אלה על ידי בחירה בתרשים מתפריט הוספה, ולאחר מכן בחירה בסוג תרשים של קו, ואחריו קו בלבד. זה נותן לך את הגרף המוצג בעמוד הבא.כניסוי, נסה להשאיר את תוכנית הלוגר פועלת למשך 24 שעות כדי לראות כיצד רמת ה-eCO2 משתנה במהלך היום.

נספח א' תיעוד API

למתכנתים הרציניים - הנה התיעוד הטכני. ה file monkmakes_aq.py אינו מותקן כספריית Python מלאה, אלא יש להעתיק אותו לאותה תיקייה כמו כל קוד אחר שצריך להשתמש בו. aq.py
מודול monkmakes_aq.py הוא מחלקה שעוטפת את התקשורת הטורית בין ה-Raspberry Pi שלך ללוח האייר איכות.
יצירת מופע של AQ: aq = AQ()
קריאת קריאת eCO2
aq.get_eco2() # מחזיר את קריאת eCO2 בעמודים לדקה
קריאת הטמפרטורה במעלות צלזיוס
aq.get_temp() # מחזיר את הטמפרטורה במעלות C
תצוגת LED
aq.leds_manual() # הגדר את מצב LED לידני
aq.leds_automatic() # הגדר את מצב LED לאוטומטי
# כך שנורות LED מציגות eCO2
aq.set_led_level(level) # רמה 0-LED כבוי,
# רמה 1-6 נורית 1 עד 6 דולקת
זַמזָם
aq.buzzer_on()
aq_buzzer_off()
הכיתה מתקשרת עם לוח החיישנים באמצעות הממשק הטורי של ה-Pi. אם ברצונך לראות פרטים על הממשק הטורי, אנא עיין בגיליון הנתונים של מוצר זה. אתה תמצא קישור לזה של המוצר web עמוד (http://monkmakes.com/pi_aq)

נספח ב' אפס GUI

לורה סאק ומרטין או'הנלון ב-The Raspberry Pi Foundation יצרו ספריית Python (GUI Zero) שמקלה במיוחד על עיצוב ממשקי GUI. ערכה זו משתמשת בספרייה הזו.
לפני שתוכל להשתמש בספרייה, עליך לייבא את הסיביות ממנה שברצונך להשתמש בתוכנית שלך.
למשלample, אם רק רצינו חלון המכיל הודעה, הנה פקודת הייבוא:
מאפליקציית ייבוא guizero, טקסט
אפליקציית הכיתה מייצגת את האפליקציה עצמה, וכל תוכנית שאתה כותב שמשתמשת ב-guizero צריכה לייבא את זה. המחלקה הנוספת היחידה הדרושה כאן היא טקסט, המשמשת להצגת ההודעה.
הפקודה הבאה יוצרת את חלון היישום, ומציינת כותרת ואת ממדי ההתחלה של החלון.
app = App(כותרת = "החלון שלי", רוחב="400", גובה="300")
כדי להוסיף קצת טקסט לחלון, נוכל להשתמש בשורה: Text(app, text=”Hello World”, size=32)
החלון מוכן כעת לתצוגה, אך לא יופיע בפועל עד שהתוכנית תפעיל את השורה: app.display()אתה יכול לגלות עוד על guizero כאן: https://lawsie.github.io/guizero/start/

פתרון בעיות

בעיה: הלוח מחובר ל-Pi 400 שלי אבל נורית ההפעלה לא דולקת.
פתרון: בדוק שפיני ה-GPIO מסודרים כהלכה עם השקע. ראה עמוד 4.
בעיה: הלוח מחובר ל-Pi 400 שלי אבל נורית ההפעלה מהבהבת במהירות.
פתרון: זה מצביע על בעיה בחיישן. לפעמים, כל מה שהוא צריך הוא לאפס את הכוח על ידי כיבוי והדלקה של ה-Raspberry Pi שלך. אם תעשה זאת וההבהוב ממשיך, כנראה שיש לך לוח פגום, אז אנא צור קשר support@monkmakes.com
בעיה: זה עתה חיברתי הכל, אבל קריאות eCO2 נראות שגויות.
פתרון: סוג החיישן המשמש בחיישן איכות האוויר של MonkMakes, יתחיל להפיק קריאות מהפעם הראשונה שתחבר אותו. עם זאת, הקריאות יהפכו מדויקות יותר עם הזמן. גיליון הנתונים של IC החיישן מציע שהקריאות יתחילו להיות מדויקות רק לאחר 20 דקות של זמן ריצה.
בעיה: אני מקבל הודעות שגיאה כשאני מנסה להפעיל את האקסampהתוכניות.
פתרון: הערה: ייתכן שלא התקנת את GUIZero. אנא עקוב אחר ההוראות כאן: https://lawsie.github.io/guizero/#raspberry-pi
בעיה: אני משווה את הקריאות מהחיישן הזה עם מד CO2 אמיתי והקריאות שונות.
פתרון: זה צפוי. חיישן איכות האוויר מעריך את ריכוז ה-CO2 (לשם כך נועד ה-e ב-eCO2) על ידי מדידת רמת התרכובות האורגניות הנדיפות (VOCs). חיישני CO2 אמיתיים הם הרבה יותר יקרים.

לְמִידָה

תכנות ואלקטרוניקה
אם אתה רוצה ללמוד עוד על תכנות ה-Raspberry Pi והאלקטרוניקה, אז המעצב של הערכה הזו (סיימון מונק) כתב מספר ספרים שאולי תיהנה מהם.
תוכל לברר עוד על ספרים של סיימון מונק בכתובת: http://simonmonk.org או עקבו אחריו בטוויטר שם הוא @simonmonk2

עושות נזירים

למידע נוסף על ערכה זו, דף הבית של המוצר נמצא כאן: https://monkmakes.com/pi_aq
בנוסף לערכה הזו, MonkMakes מייצרת כל מיני ערכות וגאדג'טים שיעזרו לך
מייצרים פרויקטים. למידע נוסף, וכן היכן ניתן לקנות ב: https://www.monkmakes.com/products
אתה יכול גם לעקוב אחר MonkMakes ב-Twitter@monkmakes.

מסמכים / משאבים

MONK מייצר ערכת איכות אוויר עבור Raspberry Pi [pdfהוראות
ערכת איכות אוויר עבור Raspberry Pi, ערכת איכות עבור Raspberry Pi, ערכה עבור Raspberry Pi, Raspberry Pi, Pi

הפניות

מדריך למשתמש

מָבוֹא