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如何使用树莓派测定颗粒物
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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。
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### 什么是颗粒物？
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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。
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世界卫生组织的建议[颗粒物浓度][1]是：
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* 年均 PM10 不高于20 µg/m³
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* 年均 PM2.5 不高于10 µg/m³
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* 不允许超标时，日均 PM10 不高于50 µg/m³
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* 不允许超标时，日均 PM2.5 不高于25 µg/m³
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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。
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### 什么是空气质量指数（AQI, Air Quality Index）？
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空气质量指数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][2]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][3]（EPA, Environment Protection Agency）建立的分类法来作为依据。
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![空气质量指数][5]
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空气质量指数
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### 测定颗粒物需要哪些准备？
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测定颗粒物只需要以下两种器材：
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* 树莓派（款式不限，最好带有 WiFi）
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* SDS011 颗粒物传感器
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![颗粒物传感器][7]
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颗粒物传感器
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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。
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### 安装过程
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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][8]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）。
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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）：
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$ ssh pi@192.168.1.5
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首先我们需要在树莓派上安装一下这些包：
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$ sudo apt install git-core python-serial python-enum lighttpd
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```
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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：
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```
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$ dmesg
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[ 5.559802] usbcore: registered new interface driver usbserial
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[ 5.559930] usbcore: registered new interface driver usbserial_generic
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[ 5.560049] usbserial: USB Serial support registered for generic
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[ 5.569938] usbcore: registered new interface driver ch341
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[ 5.570079] usbserial: USB Serial support registered for ch341-uart
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[ 5.570217] ch341 1–1.4:1.0: ch341-uart converter detected
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[ 5.575686] usb 1–1.4: ch341-uart converter now attached to ttyUSB0
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```
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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。
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### 在树莓派上读取数据
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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）。
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我们可以使用以下命令来下载 Python 脚本：
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```
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$ wget -O /home/pi/aqi.py https://raw.githubusercontent.com/zefanja/aqi/master/python/aqi.py
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```
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另外还需要执行以下两条命令来保证脚本正常运行：
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```
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$ sudo chown pi:pi /var/wwww/html/
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$ echo[] > /var/wwww/html/aqi.json
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```
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下面就可以执行脚本了：
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```
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$ chmod +x aqi.py
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$ ./aqi.py
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PM2.5:55.3, PM10:47.5
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PM2.5:55.5, PM10:47.7
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PM2.5:55.7, PM10:47.8
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PM2.5:53.9, PM10:47.6
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PM2.5:53.6, PM10:47.4
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PM2.5:54.2, PM10:47.3
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…
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```
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### 自动化执行脚本
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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：
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```
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$ crontab -e
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```
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在文件末尾添加这一行：
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```
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@reboot cd /home/pi/ && ./aqi.py
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```
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现在我们的脚本就会在树莓派每次重启后自动执行了。
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### 展示颗粒物测定值和空气质量指数的 HTML 页面
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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：
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$ wget -O /var/wwww/html/index.html https://raw.githubusercontent.com/zefanja/aqi/master/html/index.html
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$ wget -O /var/wwww/html/aqi.js https://raw.githubusercontent.com/zefanja/aqi/master/html/aqi.js
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$ wget -O /var/wwww/html/style.css https://raw.githubusercontent.com/zefanja/aqi/master/html/style.css
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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。
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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:][9]
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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。
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这是[Github上的完整源代码][10]。
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### 总结
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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。
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[Luftdaten.info][12]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。
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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。
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你又打算如何使用你的[树莓派][13]呢？
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via: https://opensource.com/article/18/3/how-measure-particulate-matter-raspberry-pi
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作者：[Stephan Tetzel][a]
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译者：[HankChow](https://github.com/HankChow)
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校对：[校对者ID](https://github.com/校对者ID)
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本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出
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[a]:https://opensource.com/users/stephan
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[1]:https://en.wikipedia.org/wiki/Particulates
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[2]:https://en.wikipedia.org/wiki/Air_quality_index
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[3]:https://en.wikipedia.org/wiki/United_States_Environmental_Protection_Agency
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[5]:https://opensource.com/sites/default/files/styles/panopoly_image_original/public/images/life-uploads/air_quality_index.png?itok=FwmGf1ZS (Air quality index)
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[7]:https://opensource.com/sites/default/files/styles/panopoly_image_original/public/images/life-uploads/particulate_sensor.jpg?itok=ddH3bBwO (Particulate sensor)
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[8]:https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/README.md
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[9]:http://192.168.1.5/
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[10]:https://github.com/zefanja/aqi
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[11]:https://opensource.com/article/18/3/raspberry-pi-week-giveaway
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[12]:http://luftdaten.info/
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[13]:https://openschoolsolutions.org/shutdown-servers-case-power-failure%e2%80%8a-%e2%80%8aups-nut-co/
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