打造属于自己的空气检测器（实现本地、home-assistant和homekit中显示）

2017-05-23 0 Comments 6,519 Views 0 Times

最近几年，雾霾收到大众的关注，特别是在北京这样的城市，雾霾天也习以为常了，气象部分也公布一些检测数据，但是对于数据的准确度，本人是持怀疑态度的，所以才有了下面的折腾。

目前空气监测设备某宝上面已经有很多了，但是准确度不敢保证，因为使用的传感器质量有好坏，另一方面，为了后续能够与家中的净化系统联动，而目前市面上的监测设备多数无法联网，所以就萌生自己DIY一个空气监测装置。监测及查看方式如下所示：

所使用到的设备有：esp8266开发板（带WIFI功能）、PMS5003ST G5T(攀藤)、senseAir红外CO2二氧化碳传感器 S8 0053、DS-HCHO甲醛传感器(攀藤)以及液晶显示屏（1.3寸 I2C OLED）。

由于家中监测甲醛只是偶尔会用到，所以我就将甲醛传感器单独做成一个监测设备，颗粒物+温湿度+CO2做成一个监测设备，这样颗粒物的那个设备可以长期在线，甲醛的那个设备随用随开。

先来介绍下各个设备的作用吧。esp8266开发板是承担读取各个传感器的数据以及远传数据到我的服务器，开发语言可以使用lua或者arduino，本人使用的是lua语言；PMS5003ST G5T是颗粒物及温湿度传感器，可以监测空气中的PM1、PM10、PM2.5以及温度和湿度，其读取方式为主动读取(即直接读数)；S8二氧化碳传感器可以监测空气中的二氧化碳，其读数为被动读取（需要写入数据指令过后再能读取数据）；DS-HCHO甲醛传感器可以监测空气中的甲醛浓度，其读数也是被动读取的；液晶显示屏可以实时本地显示各个设备的监测值。

开发使用的软件：notepad++、ESP8266Flasher、ESPlorer，以及modemcu固件

notepad++负责代码的编写，下载地址：https://notepad-plus-plus.org/

ESP8266Flasher负责将官方固件刷入esp8266，下载地址：https://github.com/nodemcu/nodemcu-flasher

ESPlorer负责将编写的代码上传到esp8266，下载地址：http://esp8266.ru/esplorer/#download

固件采用nodemcu的官方固件，此固件需要进行定制，只需输入邮箱和需要的扩展模块即可（扩展模块不能全部选择，不然无法完成制作），地址：https://nodemcu-build.com/。

我使用到的模块：cjson, crypto, dht, enduser_setup, file, gpio, http, i2c, mdns, mqtt, net, node, ow, pwm, rc, sntp, spi, struct, tmr, u8g, uart, websocket, wifi, tls。模块的选择可以根据自己所需的函数来确定。

1.自动运行脚本编写

以上准备完毕后就开始程序的编写了，代码1是PMS5003ST G5T(攀藤)和senseAir红外CO2二氧化碳传感器 S8 0053组合的脚本，您编写的时候可以根据自己的需求进行修改

function initOLED(sda, scl) –Set up the u8glib lib
sla = 0x3c
i2c.setup(0, sda, scl, i2c.SLOW)
disp = u8g.sh1106_128x64_i2c(sla)
disp:setFont(u8g.font_6x10)
disp:setFontRefHeightExtendedText()
disp:setDefaultForegroundColor()
disp:setFontPosTop()
end –初始化OLED

function initSCREEN()
SDA = 5 –D5
SCL = 6 –D6
initOLED(SDA, SCL) –需要换成自己的串口
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(15,15,100,25)
disp:drawStr(25,25,”PM2.5 Detector”)
disp:drawStr(30,50,”Frank’s Home”)
until disp:nextPage() == false
end –初始化屏幕

function dispOLED(d1, d2, d3, d4, d5) –dispOLED(pm25, co2, aqi1, temp, hum)
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(25,0,80,12)
disp:drawStr(30, 2, “Frank’s Home”)
disp:drawStr(0, 15, “PM2.5”)
disp:drawStr(0, 23, “ug/m3”)
disp:drawStr(98, 15, “CO2”)
disp:drawStr(98, 23, “ppm”)
disp:drawStr(60, 15, “AQI”)
if (d1 == nil) then
disp:drawStr(0, 37, “”)
else
disp:drawStr(0, 37, d1)
end
if (d2 == nil) then
disp:drawStr(98, 37, “”)
else
disp:drawStr(98, 37, d2)
end
if (d3 == nil) then
disp:drawStr(60, 35, “”)
else
disp:drawStr(60, 35, d3)
end
if (d4 == nil) then
disp:drawStr(0, 52, “Temp “..””..”C”)
else
disp:drawStr(0, 52, “Temp “..d4..”C”)
end
if (d5 == nil) then
disp:drawStr(66, 52, “Humi “..””..”%”)
else
disp:drawStr(66, 52, “Humi “..d5..”%”)
end
until disp:nextPage() == false
end –OLED显示

function initWIFI()
wifi.setmode(wifi.STATION)
wifi.sta.config(“SSID”, “password”)
wifi.sta.connect()
tmr.alarm(1, 500, 1,
function()
j =j + 1
if wifi.sta.getip()== nil then
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(15,5,100,25)
disp:drawStr(25,15,”PM2.5 Detector”)
disp:drawStr(30,35,”Frank’s Home”)
disp:drawStr(33,50,”IP Getting”)
until disp:nextPage() == false
else
j = 0
tmr.stop(1)
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(15,5,100,25)
disp:drawStr(25,15,”PM2.5 Detector”)
disp:drawStr(30,35,”Frank’s Home”)
disp:drawStr(20,50,”IP:”..wifi.sta.getip())
until disp:nextPage() == false
end
if wifi.sta.getip()== nil and j >= 20 then
j = 0
tmr.stop(1)
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(15,5,100,25)
disp:drawStr(25,15,”PM2.5 Detector”)
disp:drawStr(30,35,”Frank’s Home”)
disp:drawStr(25,50,”IP unavailable”)
until disp:nextPage() == false
end
end) — function
end — initWIFI

function sendData(t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7) –sendData(aqi1,pm25,pm10,pm01,temp,hum,co2)
m = mqtt.Client()
m:connect(“服务器地址”, 端口, 0, 0,
function(conn)
print(“Connected to MQTT”)
if t1 ~= nil then
m:publish(“/aqi1”, t1, 0, 0,
function(client)
end)
end
if t2 ~= nil then
m:publish(“/pm25”, t2, 0, 0,
function(client)
end)
end
if t3 ~= nil then
m:publish(“/pm10”, t3, 0, 0,
function(client)
end)
end
if t4 ~= nil then
m:publish(“/pm01”, t4, 0, 0,
function(client)
end)
end
if t5 ~= nil then
m:publish(“/temp”, t5, 0, 0,
function(client)
end)
end
if t6 ~= nil then
m:publish(“/hum”, t6, 0, 0,
function(client)
end)
end
if t7 ~= nil then
m:publish(“/co2”, t7, 0, 0,
function(client)
end)
end
end,
function(client, reason)
print(“Connection failed, reason: ” .. reason)
end)
end — 连接到MQTT服务器

function parse(data)
local bs = {}
for i = 1, #data do
bs[i] = string.byte(data, i)
end

if (bs[1] ~= 0x42) or (bs[2] ~= 0x4d) then
return nil
end

local d = {}
d[‘pm1_0-CF1-ST’] = bs[5] * 256 + bs[6]
d[‘pm2_5-CF1-ST’] = bs[7] * 256 + bs[8]
d[‘pm10-CF1-ST’] = bs[9] * 256 + bs[10]
d[‘pm1_0-AT’]     = bs[11] * 256 + bs[12]
d[‘pm2_5-AT’]     = bs[13] * 256 + bs[14]
d[‘pm10-AT’]      = bs[15] * 256 + bs[16]
d[‘0_3um-count’] = bs[17] * 256 + bs[18]
d[‘0_5um-count’] = bs[19] * 256 + bs[20]
d[‘1_0um-count’] = bs[21] * 256 + bs[22]
d[‘2_5um-count’] = bs[23] * 256 + bs[24]
d[‘temperature’] = bs[25] * 256 + bs[26]
d[‘humidity’]     = bs[27] * 256 + bs[28]
return d
end — parse

function aqipm25(t)
if (t <= 12) then return t * 50 / 12
elseif (t <= 35) then return 50 + (t – 12) * 50 / 23
elseif (t <= 55) then return 100 + (t – 35) * 5 / 2
elseif (t <= 150) then return 150 + (t – 55) * 2
elseif (t <= 350) then return 50 + t
else return 400 + (t – 350) * 2 / 3
end
end –aqipm25

function aqipm10(t)
if (t <= 55) then return t * 50 / 55
elseif (t <= 355) then return 50 + (t – 55) / 2
elseif (t <= 425) then return 200 + (t – 355) * 10 / 7
elseif (t <= 505) then return 300 + (t – 425) * 10 / 8
else return t – 105
end
end –aqipm10

function aqi(t25,t10)
if (t25 > t10) then return math.ceil(t10)
else return math.ceil(t25)
end
end –aqi

function getaqi()
uart.alt(0)
data = nil
uart.setup(0, 9600, 8, 0, 1, 0)
uart.on(“data”, 32,function(data)
pms5 = parse(data)
if pms5 ~= nil then
pm01 = pms5[‘pm1_0-AT’]
pm25 = pms5[‘pm2_5-AT’]
pm10 = pms5[‘pm10-AT’]
temp = pms5[‘temperature’] / 10
hum = pms5[‘humidity’] / 10
aqi25 = aqipm25(pm25)
aqi10 = aqipm10(pm10)
aqi1 = aqi(aqi25,aqi10)
end
getco2()
end,0)
end –getaqi

function getco2()
uart.alt(1)
data = nil
uart.setup(0, 9600, 8, 0, 1, 0)
tmr.alarm(3, 10000, 1, function()
data = nil
uart.write(0,0xFE,0x04,0x00,0x03,0x00,0x01,0xD5,0xC5)
uart.on(“data”, 7, function(data)
co = data
if (string.len(co) == 7) and ((string.byte(co,1) == 0xFE) or (string.byte(co,2) == 0x04)) then
co2 = string.byte(co,4)*256 + string.byte(co,5)

k = k + 1
tmr.stop(3)
dispOLED(pm25, co2, aqi1, temp, hum)
if wifi.sta.getip()~= nil and k >= 2 then
k = 0
sendData(aqi1,pm25,pm10,pm01,temp,hum,co2)
end
getaqi()
end
end,0)
end)
end –getco2

j = 0
k = 0
pms5 = nil
aqi1 = nil
pm25 = nil
pm10 = nil
pm01 = nil
temp = nil
hum = nil
co = nil
co2 = nil
disp = nil
initSCREEN()
initWIFI()
getaqi()

代码2是单个甲醛传感器的代码

function initOLED(sda, scl) –Set up the u8glib lib
sla = 0x3c
i2c.setup(0, sda, scl, i2c.SLOW)
disp = u8g.sh1106_128x64_i2c(sla)
disp:setFont(u8g.font_6x10)
disp:setFontRefHeightExtendedText()
disp:setDefaultForegroundColor()
disp:setFontPosTop()
end –初始化OLED

function initSCREEN()
SDA = 5 –D5
SCL = 6 –D6
initOLED(SDA, SCL) –需要换成自己的串口
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(15,15,100,25)
disp:drawStr(28,25,”HCHO Detector”)
disp:drawStr(30,50,”Frank’s Home”)
until disp:nextPage() == false
end –初始化屏幕

function dispOLED(d1) –dispOLED(HCHO)
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(15,15,100,20)
disp:drawStr(30,20,”Frank’s Home”)
disp:drawStr(10, 50, “HCHO”)
disp:drawStr(90, 50, “mg/m3”)
if (d1 == nil) then
disp:drawStr(50, 50, “”)
else
disp:drawStr(50, 50, d1)
end
until disp:nextPage() == false
end –OLED显示

function initWIFI()
wifi.setmode(wifi.STATION)
wifi.sta.config(“SSID”, “password”)
wifi.sta.connect()
tmr.alarm(1, 500, 1,
function()
j =j + 1
if wifi.sta.getip()== nil then
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(15,5,100,25)
disp:drawStr(25,15,”HCHO Detector”)
disp:drawStr(30,35,”Frank’s Home”)
disp:drawStr(33,50,”IP Getting”)
until disp:nextPage() == false
else
j = 0
tmr.stop(1)
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(15,5,100,25)
disp:drawStr(25,15,”HCHO Detector”)
disp:drawStr(30,35,”Frank’s Home”)
disp:drawStr(20,50,”IP:”..wifi.sta.getip())
until disp:nextPage() == false
end
if wifi.sta.getip()== nil and j >= 20 then
j = 0
tmr.stop(1)
disp:firstPage()
repeat
disp:drawFrame(15,5,100,25)
disp:drawStr(25,15,”HCHO Detector”)
disp:drawStr(30,35,”Frank’s Home”)
disp:drawStr(25,50,”IP unavailable”)
until disp:nextPage() == false
end
end) — function
end — initWIFI

function sendData(t1) –sendData(HCHO)
m = mqtt.Client()
m:connect(“服务器地址”, 端口, 0, 0,
function(conn)
print(“Connected to MQTT”)
if t1 ~= nil then
m:publish(“/HCHO”, t1, 0, 0,
function(client)
end)
end
end,
function(client, reason)
print(“Connection failed, reason: ” .. reason)
end)
end — 连接到MQTT服务器

function gethcho()
uart.alt(0)
data = nil
uart.setup(0, 9600, 8, 0, 1, 0)
tmr.alarm(2, 5000, 1, function()
data = nil
uart.write(0,0×42,0x4d,0x01,0x00,0x00,0x00,0x90)
uart.on(“data”, 10, function(data)
hh = data
if (string.len(hh) == 10) and (string.byte(hh,1)==0x42) and (string.byte(hh,2)==0x4d)then
HCHO = (string.byte(hh,7)*256+string.byte(hh,8))/100
k = k + 1
dispOLED(HCHO)
if wifi.sta.getip()~= nil and k >= 4 then
k = 0
sendData(HCHO)
end
end
end, 0)
end)
end –gethcho

j = 0
k = 0
hh = nil
HCHO = nil
disp = nil
initSCREEN()
initWIFI()
gethcho()

以上代码需要根据自己的配置修改保存为init.lua,使用ESPlorer上传到你的esp8266即可自动运行（此代码是上传数据到MQTT服务器上面，上传到其他平台需要自行修改）。

2.固件及脚本的刷入

接下来就是刷写固件到esp8266中，ESP8266Flasher是比较傻瓜的输入方式，当驱动安装完成后直接识别COM口，这个就不需要你管了，刷入固件需要选择如下方式即可（切记第二个齿轮后面是0x3FC000），过后回到Operation界面点击flash即可：

刷入固件完成后就可以刷入自己写的脚本了，将脚本命名为init.lua，通过ESPlorer连接esp8266来上传脚本，具体步骤可见下图：

3.传感器的接线与外壳DIY

上传完后，接下来就是各种传感器和设备的连接，具体的连接方式可以间下图所示，由于网上有相关的资料我就直接引用了（自己DIY的灵感也是取自这位大神，自己在代码上面做了优化和修改），出处为：http://post.smzdm.com/p/539326/。

具体实物连接见下图：

在后面就是DIY外壳了，外壳使用废旧的卡片！

4. HomeAssistant中的配置

最后在说说HASS中的配置，由于使用的MQTT服务的发布和订阅功能，如果需要实时显示监测数据就需要对HASS进行配置，订阅的主题和esp8266发布的主题一致。本人使用的主题是：

/aqi1代表AQI空气指数

/pm25代表PM2.5

/pm10代表PM10

/pm01代表PM1

/temp代表温度

/hum代表湿度

/co2代表二氧化碳

/HCHO代表甲醛

首先需要测试下MQTT通道是否能用，将以下代码放入configuration.yaml里面

mqtt:
broker: MQTT 地址
port: MQTT端口

过后在将如下代码放入配置子文件中，如果不想放在子文件中，可以直接写入configuration.yaml中，需要去除platform前面的“-”。

– platform: mqtt
state_topic: “/aqi1”
name: “AQI”
unit_of_measurement: “AQI”

– platform: mqtt
state_topic: “/pm25”
name: “PM2.5”
unit_of_measurement: “ug/m3”

– platform: mqtt
state_topic: “/pm10”
name: “PM10”
unit_of_measurement: “ug/m3”

– platform: mqtt
state_topic: “/pm01”
name: “PM1”
unit_of_measurement: “ug/m3”

– platform: mqtt
state_topic: “/temp”
name: “Temperature”
unit_of_measurement: “°C”

– platform: mqtt
state_topic: “/hum”
name: “Humidity”
unit_of_measurement: “%”

– platform: mqtt
state_topic: “/co2”
name: “CO2”
unit_of_measurement: “ppm”

– platform: mqtt
state_topic: “/HCHO”
name: “HCHO”
unit_of_measurement: “mg/m3”