如何使用 ESP8266 微控制器构建雾霾传感器

德国斯图加特和许多其他城市一样，也面临着雾霾问题——即使它可能不如其他城市那么严重。欧盟规定，24 小时内每立方米空气中平均允许的最大粉尘颗粒阈值为 50 微克，且每年最多允许超标 35 天。但在过去几年中，实际数值在超过 35 天的时间里都远高于此阈值。虽然有政府部门的站点在测量空气污染，但由于显而易见的原因，它们不可能遍布所有地方。

德国斯图加特的开放知识实验室已经开始开发自己的物联网传感器，每分钟测量空气质量，并将数据报告给中央服务器。然后可以在地图上显示雾霾水平。请查看我们正在使用的地图。

注意：分析仪能够计数直径为 10 微米以及 2.5 微米的颗粒；它们分别被称为 PM 10 和 PM 2.5。当地阈值会考虑颗粒大小。请在 Wikipedia 上关于颗粒物的条目中了解更多信息。

^{地图快照来自 stuttgart.maps.luftdaten.info}

如何构建空气传感器

构建这样的传感器非常容易，并且在项目主页 Luftdaten.info 上有描述。它由少量的零部件组成，这些零部件连接在一起。

外壳实际上是一些标准的管道。另外两个主要组件是 Node MCU ESP8266 微控制器（它内置了 Wi-Fi）和实际的分析仪。在当前版本中，这是一个 SDS 011 分析仪。 DHT22 传感器提供当前温度和湿度的读数。所有零件加起来大约花费 30 欧元。

在斯图加特和其他德国城市，会举行公开组装会议，Luftdaten 项目的成员会在会议上提供帮助，他们已经将程序刷入传感器。每个感兴趣的人都可以参加这些会议并组装传感器。实际零件的费用由捐款和众筹活动支付。

组装非常容易：用一些电缆将灰尘传感器和 DHT 与 NodeMCU 连接起来，用扎带将 NodeMCU 和灰尘传感器物理连接起来，并将组装好的传感器放入管道中。

回到家后，将传感器安装在室外，并连接电源和 Wi-Fi。完成此操作后，传感器位置将报告给 Luftdaten.info，他们会将其放在地图上（地图位置不精确，以免向公众泄露确切位置）。

发送数据

现在传感器每分钟运行 10 秒，在此期间风扇吸入空气，SDS 011 计数灰尘颗粒。

除了将传感器数据发送到 Luftdaten.info 之外，也可以将数据发送到本地数据库。我实现了一个小型网关，用于将数据存储到 Prometheus 数据库中，这样我就可以通过 Grafana 绘制历史值。

正如你在图表上看到的那样，在我居住的地区，空气污染值是允许的最大值 50 微克/立方米的两倍。

注意：空气污染通常在冬季成为问题，因为冬季会出现逆温天气模式，地面上的冷空气不动，而热空气像帽子一样停留在上面，进一步阻止空气流通。另一个影响是，由于寒冷，家庭更多地使用化石燃料取暖，这会排放更多污染物。

业余传感器没有经过校准，精度不如官方的高科技传感器，但趋势是相同的，一些环保机构的技术人员已经确认，这些传感器与更昂贵的官方分析仪的差距并不大。

下一步是什么

电机技术和过滤器帮助减少了汽车和工业废气中的粉尘水平，但这些现代电机往往会排放更多的氮氧化物 (NOx)。 Luftdaten.info 已经发起了一项新的众筹活动，以购买 NOx 分析仪，用于在地图上显示氮氧化物水平。