描述

背景

有時(shí)，了解您周圍的氣候和天氣狀況可能會(huì)很好。也許您急于趕往某個(gè)地方并想知道外面的溫度。或者，您可能擔(dān)心濕度會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差，并想知道您是否還應(yīng)該參加那次跑步。不管出于什么目的，人們都想知道這些數(shù)據(jù)。個(gè)人空氣監(jiān)測儀旨在將其帶給他們。

個(gè)人空氣監(jiān)測儀

個(gè)人空氣監(jiān)測器是一種將實(shí)時(shí)本地傳感器數(shù)據(jù)直接發(fā)送到手機(jī)或筆記本電腦的便捷方式。Personal Air Monitor 方便地位于便攜式、封閉的傳感器站內(nèi)，提供了一種基于直接傳感器測量即時(shí)了解您周圍的天氣和空氣狀況的方法。使用 Cayenne 的簡單連接提供了一個(gè)易于閱讀的儀表板界面，用于查看不同的條件，并且可以每小時(shí)配置一次事件以報(bào)告條件。

SparkFun Thing Dev ESP8266 微控制器

驅(qū)動(dòng)傳感器站的電路板是 SparkFun Thing ESP8266 開發(fā)板，它可以方便地將 ESP8266 的引腳分成幾行，引向電路板。ESP8266 是一款具有板載無線連接功能的微控制器，Cayenne 將其用于數(shù)據(jù)傳輸。

Cayenne、傳感器和數(shù)據(jù)傳輸

傳感器站有幾個(gè)機(jī)載傳感器來測量周圍的世界。這些包括：

• 溫度
• 濕度
• 氣壓/高度

傳感器站的外殼在頂部和底部進(jìn)行了防水處理，但外殼內(nèi)襯有通風(fēng)孔，因此內(nèi)部的傳感器可以獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)。然而，外殼頂部比底部大，因此雨水不會(huì)進(jìn)入通風(fēng)的側(cè)面。

每隔五秒鐘，來自設(shè)備傳感器的數(shù)據(jù)就會(huì)通過 WiFi 傳輸?shù)?Cayenne，并在 Cayenne 儀表板上顯示。您可以通過手機(jī)或計(jì)算機(jī)訪問它。

如何建造

您將需要以下組件來構(gòu)建傳感器站：

• SparkFun ESP8266 事物開發(fā)板
• 400 帶電源導(dǎo)軌的面包板
• DHT22溫濕度傳感器
• BMP180 大氣壓力傳感器*
• 10k 歐姆電阻（DHT22 的上拉電阻）
• 23根不同尺寸的跳線（或多或少）；參見 Fritzing 圖
• 公 USB Micro B 到公 USB A 電纜
• 電工膠帶和剪刀
• 塑料通風(fēng)外殼

*：BMP180 是退役產(chǎn)品。您可能會(huì)在某些地方找到一些，但如果您想找到替代品，請尋找 BMP280。但是，這些庫略有不同，因此您需要將代碼中的所有 BMP180 函數(shù)替換為 BMP280 函數(shù)。

要構(gòu)建傳感器站，首先根據(jù)以下 Fritzing 圖組裝電路。

要連接 SparkFun Thing Dev，請取一根小的實(shí)芯跳線，將其拉直，將其滑過您要使用的引腳，然后將頂部向下彎曲到電路板的一側(cè)。您也可以為 BMP180 執(zhí)行此操作。如果您愿意，可以將這些引腳焊接下來。

構(gòu)建電路后，請執(zhí)行以下步驟：

1. 將 USB Micro 電纜插入 SparkFun Thing Dev。它應(yīng)該是一個(gè)相當(dāng)靈活的電纜。

2. 使用電工膠帶將 SparkFun Thing Dev 和 BMP180 固定到面包板上。這將使他們稍微更穩(wěn)定并防止不穩(wěn)定的跳投運(yùn)動(dòng)。

3. 將裝置插入工藝盒并用電工膠帶固定。在側(cè)面切一個(gè)小孔，這樣您就可以接觸到電源開關(guān)。將 USB 數(shù)據(jù)線的一端穿過可用的通風(fēng)孔，或切開通風(fēng)孔的頂部之一并將電纜滑入。

4. 用透明膠帶密封工藝盒的頂部。

5. 將它插入您的筆記本電腦，您就可以開始編程了！

編碼

為了對傳感器站進(jìn)行編程，我們使用 Arduino IDE，您可以在 arduino.cc找到它

下載適用于您的操作系統(tǒng)的最新版本。

為了使用傳感器站程序?qū)?SparkFun Thing Dev 進(jìn)行編程，您需要執(zhí)行以下額外操作：

1. 打開 File-Preferences 并轉(zhuǎn)到顯示 Additional Boards Manager URLs 的框。

2. 在框中輸入以下內(nèi)容，然后點(diǎn)擊首選項(xiàng)頁面底部的確定：

https://raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

這將允許您在 Boards Manager 中上傳 SparkFun ESP8266 包。

3.關(guān)閉首選項(xiàng)并打開工具-Boards-Boards Manager。向下滾動(dòng)，直到找到 SparkFun ESP8266 Boards。單擊它，然后單擊“安裝”。等待安裝完成，關(guān)閉boards manager。

4. 打開 Tools-Board 并向下滾動(dòng)，直到您看到 SparkFun ESP8266 Thing Dev。單擊它，然后返回到工具。當(dāng)您插入開發(fā)板時(shí)，您應(yīng)該能夠打開端口并找到顯示 COM # 的內(nèi)容，其中 # 是設(shè)備連接到的端口。

5. 現(xiàn)在您需要獲取額外的庫。轉(zhuǎn)到 Sketch-Include Library-Manage Libraries 并搜索以下內(nèi)容：

• Adafruit 統(tǒng)一傳感器
• Adafruit BMP085 統(tǒng)一
• 卡宴-MQTT-ESP8266

單擊每個(gè)的安裝按鈕以獲取庫。

您需要在線查找 DHT 庫。從此鏈接下載：

https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

然后解壓縮文件（某些操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行此操作）并將其復(fù)制到 Arduino IDE 的庫路徑中。這應(yīng)該在您計(jì)算機(jī)中包含所有代碼的文件夾中（路徑將在文檔-Arduino 中）。如果它不存在，請?jiān)?Arduino 文件夾中創(chuàng)建一個(gè)名為 libraries 的文件夾，然后打開它并將 DHT 庫粘貼到其中。完成后，您就可以開始了！

讓我們看看我們將要上傳的內(nèi)容。首先，我們包括傳感器庫：

#include <Adafruit_Sensor.h> 
#include <DHT.h> 
#include <DHT_U.h> 
DHT_Unified dht(12, DHT22); 
#include <Wire.h> 
#include <Adafruit_BMP085_U.h> 
Adafruit_BMP085_Unified BMP180 = Adafruit_BMP085_Unified(18001);

是 DHT22 和 BMP180 傳感器使用的庫。它提供了所有庫的一些通用功能。

和 是用于 DHT22 溫度和濕度傳感器的庫。DHT22 有四個(gè)引腳，電源、數(shù)據(jù)、N/C 和接地。只有一根線用于通信，這條線發(fā)送溫度和濕度數(shù)據(jù)。Adafruit 庫提供了一種方便的方式來讀取這些數(shù)據(jù)。

我們創(chuàng)建一個(gè)名為 dht 的對象并將其設(shè)置為引腳 12，定義為 DHT22 單元。

和 是 BMP180 的庫。 是用于內(nèi)部 IC 通信或 I2C 的庫，它是一種雙線控制接口，允許多個(gè)設(shè)備連接到一個(gè)主機(jī)。在這種情況下，我們使用 BMP180。 與舊版 BMP085 和 BMP180 兼容。它處理用戶和 Wire 庫之間的命令，Wire 庫又將命令發(fā)送到 BMP180。

我們創(chuàng)建一個(gè)名為 BMP180 的對象并為其指定一個(gè)任意 ID 號(hào)。如果您愿意，可以更改此設(shè)置。

接下來，讓我們看看 Cayenne 的設(shè)置。

#include <CayenneMQTTESP8266.h> 
char ssid[] = "SSID"; 
char wifiPassword[] = "password"; 
char username[] = "username"; 
char password[] = "password"; 
char clientID[] = "clientID";

是處理 SparkFun Thing Dev 和 Cayenne 之間通信的庫。它使用 MQTT（消息隊(duì)列遙測傳輸）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于它使用 MQTT，因此需要一些標(biāo)識(shí)信息：

• ssid[] 是您的網(wǎng)絡(luò) ssid，或您的網(wǎng)絡(luò)名稱。輸入這個(gè)而不是“SSID”。
• wifiPassword[] 您的網(wǎng)絡(luò)密碼。用它替換“密碼”。
• username[]、password[] 和 clientID[] 都是 Cayenne 信息，稍后您將在本項(xiàng)目中學(xué)習(xí)如何查找這些信息。獲得此信息后，將“用戶名”、“密碼”和“clientID”替換為實(shí)際信息。

記得在信息周圍留下引號(hào)！

定義這些東西后，我們可以繼續(xù)設(shè)置傳感器站。該函數(shù)將運(yùn)行一次。

void setup() { 
 BMP180.begin(); 
 dht.begin(); 
 Cayenne.begin(username, password, clientID, ssid, wifiPassword); 
}

這將使用 begin() 函數(shù)啟動(dòng) BMP180、DHT22 和 Cayenne。Cayenne 開始使用您之前聲明的 ID。

一旦設(shè)置運(yùn)行一次，我們就會(huì)進(jìn)入無限循環(huán)。在開始循環(huán)之前，我們聲明了一些變量。

boolean humidityStatus; 
boolean temperatureStatus; 
float humidityValue; 
float temperatureValue; 
float bmpTempValue; 
float pressureValue; 
float altitudeValue; 
boolean bmpStatus; 
float temperature;

這些變量用于在循環(huán)中進(jìn)行計(jì)算和保存數(shù)據(jù)。

• humidityStatus、temperatureStatus 和 bmpStatus 是布爾變量。布爾變量返回 true 或 false。在這種情況下，它們將用于讓代碼知道傳感器是否已返回?cái)?shù)據(jù)，或者是否可用于檢查。
• humidityValue、temperatureValue、bmpTempValue、pressureValue、altitudeValue 和 temperature 都是浮點(diǎn)變量。這些是浮點(diǎn)整數(shù)，在 Arduino 中返回兩位小數(shù)。它們將用于保存實(shí)際傳感器值，并對溫度變量進(jìn)行計(jì)算。

現(xiàn)在我們進(jìn)入循環(huán)！我們通過調(diào)用 Cayenne.loop() 來處理 Cayenne 操作來啟動(dòng)循環(huán)。

void loop() { 
Cayenne.loop();

然后我們?yōu)?BMP180 創(chuàng)建一個(gè)傳感器事件，以便我們可以檢查數(shù)據(jù)是否可用。

sensors_event_t event; 
BMP180.getEvent(&event); 
if (event.pressure) 
{  
  bmpStatus = true; 
  pressureValue = event.pressure; 
  BMP180.getTemperature(&temperature); 
  float seaLevelPressure = 1013; 
  altitudeValue = BMP180.pressureToAltitude(seaLevelPressure, event.pressure); 
} 
else  
{ 
  bmpStatus = false; 
}

然后，此代碼塊使用 if 語句來確認(rèn)數(shù)據(jù)可用。如果是，則狀態(tài)設(shè)置為真并存儲(chǔ)值。在這種情況下，這些值是壓力、溫度和高度。請注意，為了計(jì)算高度，BMP180 必須進(jìn)行一些涉及當(dāng)前壓力和海平面壓力的數(shù)學(xué)運(yùn)算。seaLevelPressure 值是您可以輸入的地方。平均海平面壓力為 101.3 kPa（代碼為 1013 hPa），但如果您有當(dāng)?shù)睾Ｆ矫鎵毫Γㄔ诰€查找！），請繼續(xù)輸入以獲得更高的準(zhǔn)確性。

如果沒有數(shù)據(jù)，或者傳感器可能不可用，則狀態(tài)變量為假。

得到BMP180數(shù)據(jù)后，我們得到DHT22數(shù)據(jù)。DHT22 返回溫度（攝氏度）和濕度（百分比）。

sensors_event_t event1; 
dht.temperature().getEvent(&event1); 
if (isnan(event1.temperature)) { 
  temperatureStatus = false; 
} 
else { 
  temperatureStatus = true; 
  temperatureValue = event1.temperature; 
} 
dht.humidity().getEvent(&event1); 
if (isnan(event1.relative_humidity)) {  
  humidityStatus = false; 
} 
else { 
  humidityStatus = true; 
  humidityValue = event1.relative_humidity; 
}

這里我們有一個(gè)傳感器事件用于獲取溫度和濕度事件。isnan() 是一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，用于檢查返回的數(shù)據(jù)是否為數(shù)字。如果它是一個(gè)數(shù)字，狀態(tài)將被設(shè)置為真并記錄數(shù)據(jù)。否則，status 將被設(shè)置為 false。

現(xiàn)在我們有了數(shù)據(jù)，可以將它發(fā)送給 Cayenne。首先，我們將發(fā)送濕度。

if (humidityStatus == true)
 { 
   Cayenne.virtualWrite(0, humidityValue); 
 }

這只會(huì)在濕度狀態(tài)變量設(shè)置為真時(shí)運(yùn)行。函數(shù) Cayenne.virtualWrite() 是一個(gè)可用于將數(shù)據(jù)上傳到 Cayenne 的函數(shù)。第一個(gè)變量 0 是要使用的通道號(hào)。它將顯示在 Cayenne 儀表板中，我們將在稍后介紹。第二個(gè)變量是您要上傳的數(shù)據(jù)。在這種情況下，它的濕度值被發(fā)送到 Cayenne。

其次，讓我們發(fā)送溫度。由于我們有兩個(gè)板載傳感器，我們可以在這里做一些數(shù)學(xué)運(yùn)算。

if (temperatureStatus == true) 
{ 
  if (bmpStatus == true) 
  { 
    float averageTemp = (temperature + temperatureValue) / 2; 
    Cayenne.virtualWrite(1, averageTemp); 
  } 
  else 
  { 
    Cayenne.virtualWrite(1, temperatureValue); 
  } 
} 
else if (bmpStatus == true) 
{ 
  Cayenne.virtualWrite(1, temperature); 
}

首先，我們檢查 DHT22 的溫度是否可用。如果是，我們將進(jìn)行第二次檢查以查看 BMP180 溫度數(shù)據(jù)是否可用。如果事實(shí)證明來自兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)都可用，我們通過將它們的值相加并除以一半來取兩者的平均值。但是，如果 BMP180 數(shù)據(jù)不可用，我們就使用 DHT22 數(shù)據(jù)。但是，如果 DHT22 數(shù)據(jù)不可用而 BMP180 數(shù)據(jù)可用，我們將使用它發(fā)送給 Cayenne。通道 1 用于溫度。

之后，我們發(fā)送最后兩個(gè)數(shù)據(jù)值，即壓力和高度。

if (bmpStatus == true) 
{ 
  Cayenne.virtualWrite(2, pressureValue); 
  Cayenne.virtualWrite(3, altitudeValue); 
}

壓力采用通道 2，高度采用通道 3。

最后，我們以 5 秒的延遲結(jié)束循環(huán)。這樣做是為了在數(shù)據(jù)上傳到 Cayenne 之間留出一些時(shí)間，因?yàn)榭焖俑聲?huì)導(dǎo)致刷新問題并跳過數(shù)據(jù)值。DHT22 在傳感器檢查之間也需要至少 2 秒才能接收到所有數(shù)據(jù)。

delay(5000); 
}

卡宴儀表板

現(xiàn)在您已準(zhǔn)備好為傳感器站配置 Cayenne。我們使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)置，以簡化配置過程。首先，前往網(wǎng)站https://mydevices.com/并登錄您的帳戶（如果有的話）。如果您不這樣做，請單擊注冊并使用您的姓名、電子郵件和帳戶密碼創(chuàng)建一個(gè)帳戶。如果您有帳戶，請單擊登錄并登錄到您的帳戶。之后，您應(yīng)該能夠獲得選擇設(shè)備頁面。要找到 SparkFun Thing Dev，請?jiān)凇八性O(shè)備”下搜索。然后您應(yīng)該能夠找到用戶名、密碼和客戶端 ID。這些是您完成代碼所需的最后幾條信息。復(fù)制這些并將它們粘貼到代碼中的用戶名、密碼和 clientID 的位置。現(xiàn)在您可以將代碼上傳到 SparkFun Thing Dev。這應(yīng)該只需要一點(diǎn)時(shí)間。

在上傳過程中，SparkFun Thing Dev 上的兩個(gè)橙色 LED 應(yīng)該快速閃爍。一旦它們停止，打開您完成配置的 Cayenne 儀表板。然后您應(yīng)該看到屏幕上出現(xiàn)一個(gè)儀表板，上面有四個(gè)數(shù)字。這是個(gè)人空氣監(jiān)測儀！

現(xiàn)在您已經(jīng)設(shè)置了 Personal Air Monitor，您可以為其創(chuàng)建一些觸發(fā)器。單擊“添加新觸發(fā)器”，您將被定向到一個(gè)頁面，您可以在其中為您的看板設(shè)置觸發(fā)器。給它起個(gè)名字，然后將 SparkFun Thing Dev 拖到 if 框中。然后選擇您的 if 語句。這可能是傳感器的簡單閾值，甚至是正在打開或關(guān)閉的設(shè)備。之后，點(diǎn)擊設(shè)置通知，如果需要電子郵件，請選中發(fā)送電子郵件框，如果需要短信，請發(fā)送短信。點(diǎn)擊“添加自定義收件人”將您的消息定向到另一個(gè)電子郵件帳戶或電話號(hào)碼。完成后，點(diǎn)擊保存以創(chuàng)建觸發(fā)器。

如果您想與周圍的其他人分享您的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，您可以給他們一個(gè)指向您儀表板的鏈接。首先，單擊創(chuàng)建項(xiàng)目并為其命名。然后，將 SparkFun Thing Dev 拖到概覽中并將其選中。數(shù)據(jù)隨后應(yīng)出現(xiàn)在您的項(xiàng)目概覽中。出現(xiàn)后，轉(zhuǎn)到“共享”并選中“概述”。復(fù)制給定的鏈接并將其發(fā)送給您的朋友，他們可以單擊它來訪問您的數(shù)據(jù)。

如果您想查看我的數(shù)據(jù)（如果它恰好在線），

您還可以在旅途中通過移動(dòng)設(shè)備訪問 Cayenne。為此，請?jiān)谀囊苿?dòng)設(shè)備應(yīng)用程序商店中查找 Cayenne 應(yīng)用程序。下載應(yīng)用程序（免費(fèi)！）并打開它。單擊添加新設(shè)備并查找 SparkFun Thing Dev。然后您應(yīng)該能夠訪問您的儀表板！

結(jié)論和實(shí)際應(yīng)用

將 Cayenne 用于個(gè)人空氣監(jiān)測器的便利之處在于傳感器數(shù)據(jù)在全球范圍內(nèi)在線。這意味著它可以在世界任何地方訪問和共享！所以，如果你正在外地度假，想提前知道回家時(shí)的空氣狀況，就可以打開Cayenne一探究竟！反之亦然，因?yàn)槟鷮?shí)際上可以在任何地方將多個(gè)傳感器站連接到您的 Cayenne 帳戶，或多個(gè) Cayenne 帳戶！這將允許您創(chuàng)建一個(gè)全球監(jiān)視器網(wǎng)絡(luò)，每組監(jiān)視器負(fù)責(zé)一個(gè)特定區(qū)域。該網(wǎng)絡(luò)將能夠簡化互聯(lián)世界，并提供一種快速、簡單和方便的方式，讓您觸手可及地獲取直接的天氣和空氣數(shù)據(jù)。

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