描述

介紹

氣候變化的最大挑戰(zhàn)之一是減少空氣污染。我們大氣中的污染對社會，特別是對人類健康造成了很大影響。惡劣的空氣條件可能導(dǎo)致多種健康問題，例如呼吸道感染、心臟病和肺癌的風(fēng)險。該項目旨在通過創(chuàng)建能夠告訴我們地區(qū)空氣質(zhì)量的設(shè)備來提高我們對環(huán)境的認識。

為了重建項目，我們需要一些硬件和軟件。對于硬件，需要從 QuickLogic 收集 QuickFeather 板、空氣質(zhì)量傳感器 PMS5003 和一些額外的組件/設(shè)備，如 STM32BluePill 板、升壓轉(zhuǎn)換器和一些跳線。該設(shè)備的固件是使用 Mbed Studio 和 Eclipse C/C++ 開發(fā)的。

QuickLogic 的 QuickFeather 模塊通過將邏輯元件和通常稱為 SoC 的微控制器相結(jié)合，具有作為百思買硬件的巨大潛力。該項目對初學(xué)者友好，易于理解。

硬件

硬件是使用下圖構(gòu)建的。

硬件圖

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從圖中可以看出，該設(shè)備由前面提到的幾個硬件組成。QuickFeather 將是系統(tǒng)的主要控制，該模塊將控制開關(guān)電源、LCD/SD 控制器和按鈕。所有系統(tǒng)均由 18650 2400 mAh 電池供電。QuickFeather 模塊將從傳感器接收數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)并執(zhí)行一些計算，然后將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到 LCD/SD 控制器。它還通過按下按鈕接收一些命令。

這是我將所有硬件組合到單個 PCB 中的一些工作圖像

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1 / 3 ?硬件（底部）

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它使用 8Gb uSD 卡作為數(shù)據(jù)記錄器，這在設(shè)備進行測量活動時提供了很大的空間來保存數(shù)據(jù)。還需要注意傳感器 PMS5003 需要 5V 作為主要電源，請參閱數(shù)據(jù)表了解更多信息。由于鋰電池只提供3.5 - 4.2 V，需要放置一個升壓轉(zhuǎn)換器將電壓升壓到5V，本板使用MT3608。在此板上還放置了一些按鈕來調(diào)用 Quickfeather 模塊中的某些功能。

軟件

為硬件編譯程序所需的一些軟件。為了編譯 LCD/SD 控制器，它使用Mbed Studio 。為了編譯 Quickfeather 的代碼，它使用 Eclipse C/C++。必須安裝這兩個軟件才能成功重建此項目。當(dāng)發(fā)生未定義的錯誤時，編譯 Quickfeather 固件可能會導(dǎo)致失敗，因此請務(wù)必按照本教程一步一步進行操作。如果不想出現(xiàn)問題，請在linux下編譯代碼。這將使您免于花費一些精力。

固件

老實說，當(dāng)它進入低級別（RTL 級別）時，事情會變得非常復(fù)雜，這意味著這可能需要付出很多努力。但幸運的是，Quickfeather 支持 RTOS。所以我們可以在操作系統(tǒng)級別運行我們的程序。為了更容易看到項目固件內(nèi)部發(fā)生的情況，下圖對此進行了解釋。

固件內(nèi)部分為一些任務(wù)，這些任務(wù)將執(zhí)行特定的功能，如接收和解析來自傳感器的數(shù)據(jù)、讀取按鈕、預(yù)測計算和發(fā)送數(shù)據(jù)到 LCD/SD 控制器。讓我們從按鈕任務(wù)開始

## 按鈕任務(wù)##

讓我們來看看 Quickfeather 的外圍設(shè)備。這些按鈕需要 GPIO 才能起作用。但顯然它只有 8 個可配置的 GPIO，其中一些已經(jīng)用于某些功能。起初我不敢相信，直到我閱讀了代碼。所以我確實為我的按鈕列出了未使用的 GPIO 引腳。

Quickfeather 的 GPIO 列表

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因此，由于 GPIO 的這種有限功能，我無法在操作系統(tǒng)級別做太多改進。我決定使用 GPIO 4、3、2 作為按鈕，使用 0、2 作為電源開關(guān)。接下來我需要確認的是 GPIO 的中斷，顯然庫仍然沒有中斷回調(diào)的功能，這意味著我需要對 GPIO 進行一些掃描，如下面的流程圖中所述。

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1 / 4 ?按鈕任務(wù)

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該任務(wù)會一直讀取 GPIO 的狀態(tài)，然后在 GPIO 狀態(tài)為低時執(zhí)行該功能。每個按鈕將處理一個功能。按鈕 1 處理“顯示數(shù)據(jù)”功能，按鈕 2 處理“預(yù)測”功能，按鈕 3 處理“發(fā)送數(shù)據(jù)”功能。

## UART RX 任務(wù)##

此任務(wù)與 Quickfeather 的 uart 接收和傳感器的數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)。PMS5003 發(fā)送了很多帶有頭部的數(shù)據(jù)，這個任務(wù)將檢測數(shù)據(jù)的頭部并將它們存儲到緩沖區(qū)。該任務(wù)如下圖所示。

串口任務(wù)

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在存儲所需的數(shù)據(jù)后，函數(shù)將自動讀取數(shù)據(jù)并計算它們以進行預(yù)測。

• 測量數(shù)據(jù)。

傳感器測量測試

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我試圖通過將傳感器放在一個有點塵土飛揚的角落來測試傳感器測量，然后我得到了 PM1.0、PM2.5 和 PM10 值的增量結(jié)果。該設(shè)備尚未在屋外進行測試。所以傳感器的讀數(shù)總是很小。當(dāng)需要進行戶外測試時，需要用防水/防塵外殼包裹。

• 數(shù)據(jù)訓(xùn)練。目前由于缺乏數(shù)據(jù)集，線性回歸的權(quán)重計算不正確。該數(shù)據(jù)集可以通過室外實測數(shù)據(jù)獲得。
• 堅固的設(shè)計。起初，我打算創(chuàng)建具有 wifi 功能的完整板。但由于缺乏時間來創(chuàng)建和測試 PCB，我無法意識到這一點。看看3D設(shè)計。

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1 / 2 ?頂部 PCB

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