使用 OpenSensors 监测空气质量：Arduino 与 Python 实战指南

简介

本教程将指导你如何使用 Arduino、Shinyei PPD‑42 颗粒物传感器和 OpenSensors MQTT 代理来监测室内空气质量。我们将一步步演示如何采集实时颗粒物数据，并安全地发布到公共数据流中。

项目背景

我们希望找到一种简单而强大的方法来评估工作场所的空气质量。选择 Shinyei PPD‑42 传感器是因为它价格实惠且易于使用，搭配 Arduino UNO 和基于 Linux 的主机（如树莓派）。该传感器可持续输出对健康有潜在风险的小颗粒物浓度，我们将这些数据持续发布到 OpenSensors 消息代理。

所需硬件

• Shinyei PPD‑42 传感器
• Arduino UNO
• Linux 电脑或树莓派

参考项目

本指南基于 DustDuino 项目，该项目已将 PPD‑42 与 Arduino 和 Wi‑Fi 集成。我们改编了其接线图和代码，使其适配 OpenSensors 环境。

首先，按照 DustDuino 说明的步骤 2 将传感器连接到 Arduino。然后从 GitHub 仓库下载 DustDuinoSerial.ino 草图，在 Arduino IDE 中打开并上传到 UNO。

通过打开 Arduino IDE 的串口监视器，验证传感器是否正常发送数据。

接下来，我们将使用一个轻量级 Python 脚本，利用 Mosquitto 客户端库，将 Arduino 的串口输出桥接到 OpenSensors 代理。

Python 环境验证

为确认 Python 已就绪，请创建一个名为 hi.py 的文件，内容如下：

print("Hello World")

在终端运行：

python hi.py

控制台应输出 Hello World。

连接 OpenSensors

若尚未安装 Mosquitto Python 客户端，请执行：

sudo apt-get install python-pip
sudo pip install paho-mqtt

使用以下最小脚本测试发布到 OpenSensors（将 Louis 和密码替换为你的凭据）：

import paho.mqtt.client as mqtt
mqttc = mqtt.Client(client_id="939")
mqttc.username_pw_set("Louis", password="AbcDEFgH")
mqttc.connect("mqtt.opensensors.io")
mqttc.publish("/users/Louis/test2", payload="Hello Opensensors!", qos=0, retain=False)
mqttc.disconnect()

执行成功后，你将在 OpenSensors 控制台看到该消息。

要连接 Arduino 的串口，请用以下命令识别设备：

dmesg | grep tty

典型输出如下：

[ 0.000000] console [tty0] enabled
[ 3522.192687] cdc_acm 7-1:1.0: ttyACM0: USB ACM device

此处 /dev/ttyACM0 即为要使用的串口。

使用 Python 读取串口数据：

import serial
ser = serial.Serial('/dev/ttyACM0')
while True:
    print(ser.readline())

整合传感器输出与 MQTT

将串口读取和 MQTT 发布合并为单一脚本。下面的示例每秒将每行传感器数据发布到主题 /users/Louis/ODI/airquality：

import serial
import paho.mqtt.client as mqtt
import time

mqttc = mqtt.Client(client_id="939")
mqttc.username_pw_set("Louis", password="AbcDEFgH")
mqttc.connect("mqtt.opensensors.io")

ser = serial.Serial('/dev/ttyACM0')  # 根据实际端口调整

while True:
    message = ser.readline()
    print(message)
    mqttc.publish("/users/Louis/ODI/airquality", payload=message, qos=0, retain=False)
    time.sleep(1)

为便于下游处理，建议在发布前将 Arduino 输出格式化为 JSON。

访问 OpenSensors 主题页面 查看生成的数据流。

完整代码示例

import serial
import paho.mqtt.client as mqtt
import time

mqttc = mqtt.Client(client_id="939")
mqttc.username_pw_set("Louis", password="AbcDEFgH")
mqttc.connect("opensensors.io")

ser = serial.Serial('/dev/ttyACM0')  # 打开第一个串口

while True:
    message = ser.readline()
    print(message)
    mqttc.publish("/users/Louis/ODI/airquality", payload=message, qos=0, retain=False)
    time.sleep(1)

来源：How to Measure Air Quality on OpenSensors