構建一個基于Arduino的空氣質量監測系統

呼吸清潔、健康的空氣對我們的健康至關重要，但在許多環境中，空氣質量仍然是一個問題。在本文中，我們將深入探討如何創建一個基于Arduino的空氣質量監測系統。我們將從討論各種組件開始，然后繼續討論其MQ135傳感器與Arduino板的接口，然后是編碼。所以，讓我們直接進入它。

什么是AQI傳感器或空氣質量指數傳感器？

空氣質量指數 （AQI）是一種標準化的測量方法，用于傳達特定時間特定區域的空氣污染程度或清潔程度。它提供了一種易于理解的方式向公眾傳達有關空氣質量的信息。

AQI通?？紤]全球環境機構監管的幾種主要空氣污染物，如地面臭氧、顆粒物（PM2.5和PM10）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）。每種污染物都有自己的規模和閾值水平，這些水平決定了AQI值。

AQI 量表范圍從 0 到 500，特定類別表示與空氣質量相關的健康問題水平：

0 至 150：正常至中度污染-該范圍包括大多數人認為可以接受的空氣質量條件，偶爾會關注高端的敏感人群。

151 至 200：較差-每個人都可能開始受到健康影響，敏感人群更有可能受到嚴重影響。

201 到 300：非常糟糕 -緊急情況的健康警告。整個人口都可能受到影響，并可能產生嚴重的健康影響。

301 至 500：有毒 - 健康警報：由于空氣質量極差，每個人都可能會受到更嚴重的健康影響。

對于這個項目，我們不會測量PM2.5和PM10，但如果你想了解更多信息，你可以檢查AQI監測系統，并在以后將其作為這個項目的升級。

空氣質量監測系統如何工作？

空氣質量監測系統利用傳感器來檢測氣體水平、溫度和濕度等環境參數。具體來說，來自氣體傳感器的模擬讀數連接到Arduino的模擬引腳，提供有關空氣質量的數據。這些讀數映射到預定義的閾值，將空氣質量分類為“好”、“差”、“非常差”或“有毒”。同時，DHT11傳感器可測量濕度和溫度。收集的數據使用 Adafruit 庫實時顯示在 OLED
屏幕上。通過持續監測這些參數，該系統提供了空氣質量狀況的快照，使用戶能夠評估和應對環境的變化。

此項目所需的組件包括：

Arduino開發板

MQ135氣體傳感器，用于檢測各種氣體。

DHT11溫濕度傳感器

用于視覺輸出的OLED顯示屏

面包板和跳線

Arduino空氣質量監測系統電路圖

完整的空氣質量監測系統項目連接如下，OLED、DHT11 和 MQ135 氣體傳感器連接到面包板上的 Arduino Uno。

arduino在SDA和SCL引腳的幫助下，使用I2C協議連接到OLED。MQ135 氣體傳感器輸出模擬信號，這些信號發送到 Arduino
的模擬輸入引腳 A0。DHT11 傳感器有一個數字數據輸出引腳，連接到 Arduino 的 D2 引腳。

以下是項目在面包板上連接后的外觀。

基于Arduino的空氣質量監測系統代碼解釋

該代碼監測空氣質量并在OLED顯示屏上顯示傳感器讀數（溫度、濕度和氣體水平）。讓我們分解一下：

#include < SPI.h >
#include < Wire.h >
#include < Adafruit_GFX.h >
#include < Adafruit_SSD1306.h >
#include < dht.h >

這些產品線包括通信協議（SPI、有線）、圖形處理（Adafruit_GFX）、OLED顯示控制（Adafruit_SSD1306）和DHT傳感器的必要庫。

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET 4

為OLED顯示器的寬度、高度和復位引腳定義常量。

Adafruit_SSD1306顯示器（SCREEN_WIDTH、SCREEN_HEIGHT和電線、OLED_RESET）;

創建一個名為 Adafruit_SSD1306 類型的 display
對象，以使用指定的寬度、高度、通信（Wire）和復位引腳來控制 OLED 顯示器。

#define sensor A0
#define DHT11PIN 2

為連接到氣體傳感器（傳感器）的模擬引腳和連接到 DHT11 傳感器
（DHT11PIN） 的引腳定義常數。

int gasLevel = 0;
String quality = "";
dht DHT;

聲明變量以存儲氣體水平和質量描述，并創建 DHT 傳感器的實例 DHT。

void sendSensor() {
 // Function to read temperature and humidity from the DHT sensor
int readData = DHT.read11(DHT11PIN);
      float h = DHT.humidity;
      float t = DHT.temperature;

      if (isnan(h) || isnan(t)) {
      Serial.println("Failed  to read from DHT sensor!");
        Return;
  }
      display.setTextColor(WHITE);
      display.setTextSize(1);
      display.setFont();
      display.setCursor(0, 43);
      display.println("Temp  :");
     display.setCursor(80, 43);
      display.println(t);
      display.setCursor(114, 43);
      display.println("C");
      display.setCursor(0,  56);
      display.println("RH    :");
      display.setCursor(80, 56);
      display.println(h);
      display.setCursor(114, 56);
      display.println("%");
}

此功能用于讀取DHT傳感器的溫度和濕度數據，并將其顯示在OLED屏幕上。

void air_sensor() {
gasLevel = analogRead(sensor);

      if(gasLevel< 151){
        quality = "  GOOD!";
      }
      else if (gasLevel >151 && gasLevel< 200){
        quality =  "  Poor!";
  }
      else if (gasLevel >200 && gasLevel< 300){
        quality  = "Very bad!";
  }
        else if (gasLevel >300 && gasLevel< 500){
        quality  = "Toxic!";
  }
        else{
        quality = " Toxic";   
}
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setTextSize(1);  
  display.setCursor(1,5);
  display.setFont();
  display.println("Air Quality:");
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(5,23);
  display.println(gasLevel);
  
  display.setCursor(20,23);
  display.println(quality);  
}
This function is defined to read gas levels from the analog pin connected to the gas sensor and determine the air quality based on predefined thresholds. It also displays the gas level and quality on the OLED screen.

void setup() {
 Serial.begin(9600);
  pinMode(sensor,INPUT);
  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3c)) { // Address  0x3D for 128x64
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
}
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(WHITE);
  
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(50, 0);
  display.println("Air");
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(23, 20);
  display.println("Quality monitor");
  display.display();
  delay(1200);
  display.clearDisplay();
  
  display.setTextSize(1.5);
  display.setCursor(20, 20);
  display.println("BY Circuit");
  display.setCursor(20, 40);
  display.println("Digest");
  display.display();
  delay(1000);
  display.clearDisplay(); 

}

設置功能初始化串行通信，將傳感器引腳設置為輸入，并初始化OLED顯示屏。它在屏幕上顯示介紹性消息。

void loop() {
display.clearDisplay();
air_sensor();
sendSensor();
display.display();  

}

循環功能清除顯示屏，使用定義的功能讀取氣體傳感器和 DHT
傳感器數據，并使用最新讀數不斷更新顯示屏。

該代碼實質上是初始化傳感器，讀取其數據，根據氣體水平確定空氣質量，并在OLED屏幕上循環顯示所有信息。

#include
#include
#include
#include
#include
#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels

#define OLED_RESET 4 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin)
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

#define sensor A0
#define DHT11PIN 2

int gasLevel = 0; //int variable for gas level
String quality ="";
dht DHT;

void sendSensor()
{
int readData = DHT.read11(DHT11PIN);
float h = DHT.humidity;
float t = DHT.temperature;

if (isnan(h) || isnan(t)) {
Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
return;
}
display.setTextColor(WHITE);
display.setTextSize(1);
display.setFont();
display.setCursor(0, 43);
display.println("Temp :");
display.setCursor(80, 43);
display.println(t);
display.setCursor(114, 43);
display.println("C");
display.setCursor(0, 56);
display.println("RH :");
display.setCursor(80, 56);
display.println(h);
display.setCursor(114, 56);
display.println("%");
}

void air_sensor()
{
gasLevel = analogRead(sensor);

if(gasLevel<151){
quality = " GOOD!";
}
else if (gasLevel >151 && gasLevel<200){
quality = " Poor!";
}
else if (gasLevel >200 && gasLevel<300){
quality = "Very bad!";
}
else if (gasLevel >300 && gasLevel<500){
quality = "Toxic!";
}
else{
quality = " Toxic";
}

display.setTextColor(WHITE);
display.setTextSize(1);
display.setCursor(1,5);
display.setFont();
display.println("Air Quality:");
display.setTextSize(1);
display.setCursor(5,23);
display.println(gasLevel);

display.setCursor(20,23);
display.println(quality);
}

void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(sensor,INPUT);
if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3c)) { // Address 0x3D for 128x64
Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
}
display.clearDisplay();
display.setTextColor(WHITE);

display.setTextSize(2);
display.setCursor(50, 0);
display.println("Air");
display.setTextSize(1);
display.setCursor(23, 20);
display.println("Quality monitor");
display.display();
delay(1200);
display.clearDisplay();

display.setTextSize(1.5);
display.setCursor(20, 20);
display.println("BY Circuit");
display.setCursor(20, 40);
display.println("Digest");
display.display();
delay(1000);
display.clearDisplay();
}

void loop() {
display.clearDisplay();
air_sensor();
sendSensor();
display.display();
}

審核編輯：陳陳