如何构建一个能够测量空气质量的设备

描述

介绍

在这个项目中，您将学习如何构建一个能够测量空气质量的设备，专为室内使用而设计。它以交互方式在 5 英寸触摸屏上显示措施，并提供有关如何改善空气质量状况的反馈。它使用许多传感器：

• BME280——温度、湿度和大气压力传感器。
• CC811 - CO2 和 TVOC（总挥发性有机化合物）传感器。
• SDS011 - 灰尘传感器（颗粒物 - PM 2.5 和 PM 10 ）。

这些传感器连接到一台运行 Android Things OS 的小型计算机，带有屏幕和 WiFi 连接。这个项目的制作方式应该很容易根据您的需要进行调整，并添加各种改进，如在线连接或额外的传感器。

为什么要测量室内空气质量？

大多数现代应用都侧重于测量室外空气污染。这确实是非常重要和有用的，然而人一生中的大部分时间都是在室内度过的。这也是一种环境，人们可以使用各种空气净化仪器来影响气候。

室内气候的负面变化往往受到正常人类行为的影响。例如，在通风不良的拥挤空间中，CO2 水平会增加，做饭或吸烟时 PM 水平会增加。

这表明更需要监测这些空气质量水平并能够及时做出反应。

在开始之前

除了硬件组件部分中的列表之外，下面的部分应该更深入地了解我在项目中使用的硬件组件。

传感器

我在硬件组件中提到了 SparkFun 传感器，但为了完美地适应 3-D 设计的外壳，您需要在下图中获得带有分线板的特定传感器。

当您收到传感器时，BME280 和 CCS811 很可能带有与分线板分离的接头，您必须焊接这些接头。这是相当容易的工作，如果您不确定自己在做什么，请按照本教程进行操作。确保在传感器朝外的情况下焊接它们（请参见下一节中的图片）。

螺丝

硬件组件部分提到了 M2.5 螺丝。更具体地说，您需要直径为 2.5 毫米、长度为 5 毫米的沉头机用螺钉。

电缆

您必须专门获取硬件组件部分中提到的电缆。这是因为它需要适合 3D 打印的外壳，而在当前设计中几乎没有公差。

跳线

可能有多种不同版本的跳线可供您使用，但请尽量选择末端带有最短黑色塑料保护套的跳线。我有一些有更长和更短的版本，而更长的版本在关闭时似乎对后盖有点太紧。

第 1 步：将传感器连接到主板

我们将从使用跳线开始将所有东西连接在一起。您可以在此处按照电路图进行操作：

它显示 Raspberry 而不是 IMX7，但引脚相同。如果您需要有关将传感器连接到正确的 IMX7 引脚的参考资料的帮助，您还可以使用此引出线图和随附的原理图。

这一步应该是最直接的，如果你连接错了，你会在下一步中发现它。要记住的一件重要事情是，您必须将 SDS011 的 RX 线连接到 IMX7 的 TX 线，反之亦然。这是因为当一个设备传输 (TX) 时，另一个设备接收 (RX)。你应该得到这样的结果：

在下一步中，您将安装软件并测试是否一切正常，因此现在还要连接屏幕和 USB-C 数据线。您稍后需要断开它们，以便能够将所有东西放入 3-D 打印的外壳中。

第 2 步：安装软件

IMX7 计算机预装了开箱即用的 Android Things 操作系统。将 USB 电缆插入 IMX7 和您的计算机。当 IMX7 启动时，您应该会看到一个屏幕，告诉您设备的名称、您所连接的网络等。如果您没有连接到任何网络，您现在可以这样做，但是对于这个项目，互联网连接不需要。

在继续执行后续步骤之前，请确保您的计算机上安装了 Android Studio。

如果 IMX7 机器上安装了任何东西，您需要在继续之前将其卸载。这可以（在 Windows 上）通过访问C:\Users\,\AppData\Local\Android\Sdk\platform-tools>您的 cmd 并键入adb root以获得对您的 IMX7 的根访问权限来完成，然后adb shell,cd data/app和ls. 然后你会看到机器上安装的所有包。如果有，请复制应用程序名称 - 这是“-”之前的所有内容。输入exit，然后输入adb uninstall 。该名称是您之前复制的名称。

转到您的 Android 工作室并从版本控制中检查该项目。您的 Android Studio 应该会自动检测连接的 IMX7，您应该能够通过按“运行”在其上运行项目。当您执行此操作并且项目成功运行时，即使您现在将其从计算机上拔下，它仍将安装在计算机上。

确保当传感器信息显示在屏幕上时，它看起来类似于以下之一：

CO2 和 TVOC 值可能会跳跃一段时间，但最终它们将开始分别显示高于 400 和 0 的值。

如果某些东西没有按描述工作，请重新连接传感器，重试并观察 Logcat。

在这里，您还可以调整不同空气质量水平通知的阈值。只需Constants.kt在 Android Studio 中更改文件中的值。

确保一切正常后，我们可以在最终组装前对外壳进行 3D 打印。

第 3 步：3-D 打印

对于此步骤，您将需要一个盖子文件和一个来自附件的案例文件。如果你不想编辑任何东西，你可以下载这些文件并将它们导入到你的 3-D 打印机使用的切片程序中。我用 CraftBot 打印过，所以我用他们的CraftWare切片软件制作了一个包含打印机说明的文件。

如果您不确定从哪里获得 3D 打印机，请检查您附近是否有FabLab 。我很幸运在我附近有一台 3D 打印机，它们对一切都非常有帮助！

您可能会注意到附件中的 3-D 设计与我打印的略有不同。我最初在设计中犯了一些错误，不得不使用 Dremel 工具磨掉一些多余的塑料。这应该已经在最新的设计中得到修复，因此这个过程对您来说应该会更顺畅。

我还没有打印这个新版本，所以如果你打印了并且发现了更多需要改进的地方，请在评论中分享。我试图改进的一件事是流向 BME280 和 CCS811 传感器的气流，因为它们感知空气质量变化的速度非常慢，而且 IMX7 存在一些不需要的热传递。

如果可以的话，用你喜欢的灯丝颜色 3-D 打印，我只有白色灯丝，所以我后来将打印件喷漆成黑色。

您的印刷品很可能会为悬垂部分提供支撑，因此请清理这些并在需要时打磨掉多余的塑料。现在您应该准备好将所有东西组装在一起。

第 4 步：总装

首先将屏幕放在机箱前部的开口中。使用胶水或胶带将其固定到位（取决于您必须再次拆卸设备的可能性）。现在，放置天线并将其拧入。

插入插入 USB 数据线的 IMX7。屏幕的两个连接器插入起来有点棘手，因此请耐心等待并小心不要弄坏它们。插入屏幕后，用 3 个螺丝固定 IMX7，这就足够了。

将 BME280 和 CCS811 放在机箱角落的指定位置。如果宽度不合适，则需要从侧面打磨一下。把它们拧进去。

现在您已准备好放入 SDS011。用 3 个螺丝固定。

盖上盖子并拧紧。

结论

在理想情况下，您现在将设备的 USB 电缆插入电源，一切都应该正常工作。这有可能不会发生，在这种情况下，请尝试回头找出问题所在。仔细检查是否一切都正确连接。

在屏幕上，您可以选择更改测量间隔。默认为 1 秒。您还可以查看有关每个测量值含义的更多信息。

构建此设备后，我鼓励您根据自己的需要和愿望对其进行修改。添加在线连接、更多传感器、图表、空气质量预报……在评论中分享您的体验！