树梅派应用38：树莓派 SAKS 扩展板挑战应用之 PM2.5 指示灯

布满荆棘的人生 2022-07-13 10:12 104阅读 0赞

本文所介绍的内容基于[树莓派瑞士军刀扩展板（SAKS）][SAKS]，由于 SAKS 基于树莓派通用的 GPIO 设计，文中的原理和代码也适用于其他情况。

本文由树莓派实验室创作，遵循CC协议（署名-非商业性使用-禁止演绎-相同方式共享），欢迎树莓派爱好者们遵循协议内容转载传播。谢绝不遵守协议的转载和抄袭。

![20151007135014585-0][]

本节以 SAKS 扩展板为硬件基础，实现所在城市PM2.5指数显示，并用三色LED配合蜂鸣器警报来提示环境状态。由于要监测当前环境的PM2.5需要专用传感器，气象发布机构已经对每个城市做了空气指数的采集，我们可以利用他们发布的数据显示出来，即可满足日常对PM2.5的关注需求。

由于我们已经开始基于 SAKS SDK 开发（[了解 SAKS SDK 发布的信息请阅读这里][SAKS SDK]），本例程中涉及到的 SAKS 扩展板引脚编号我们根本不需要再关心。

首先，要获取互联网上的PM2.5数据，可以搜索一下专业机构的API，下面的例子使用的是[和风天气的API][API]。要使用他们的API，需要简单注册一下，会得到一个字符串Key，在下面的例子中填入这个Key就可以调用他们的数据了。另外需要找到自己所在[城市对应的编码][Link 1]替换“CN101020100”这一段代码。注意，并不是所有的城市下辖的区域都有PM2.5数据，因此在选择城市的时候尽量选择有PM2.5数据的区域。

用 Python 实现获得PM2.5指数的程序，这个方法返回一个PM2.5数值，如果返回-1，表示数据获取失败：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 
    <div>
      1 
    </div> 
    <div>
      2 
    </div> 
    <div>
      3 
    </div> 
    <div>
      4 
    </div> 
    <div>
      5 
    </div> 
    <div>
      6 
    </div> 
    <div>
      7 
    </div> 
    <div>
      8 
    </div> 
    <div>
      9 
    </div> 
    <div>
      10 
    </div> 
    <div>
      11 
    </div> 
    <div>
      12 
    </div> 
    <div>
      13 
    </div> 
    <div>
      14 
    </div> 
    <div>
      15 
    </div> 
    <div>
      16 
    </div> 
    <div>
      17 
    </div> 
    <div>
      18 
    </div> 
    <div>
      19 
    </div> 
    <div>
      20 
    </div> 
    <div>
      21 
    </div> 
    <div>
      22 
    </div> 
    <div>
      23 
    </div> 
    <div>
      24 
    </div> 
    <div>
      25 
    </div> 
    <div>
      26 
    </div> </td> 
   <td> 
    <div> 
     <div> 
      <code>'''</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>cityid 和 key 需要根据实际情况替换</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>参考 http://www.heweather.com/documents/api</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>http://www.heweather.com/documents/cn-city-list</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>'''</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>weather_url </code> 
      <code>=</code> 
      <code>'https://api.heweather.com/x3/weather?cityid=CN101020100&amp;key=xxx'</code> 
     </div> 
     <div>
       &nbsp; 
     </div> 
     <div> 
      <code>def</code> 
      <code> get_pm25():</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>global</code> 
      <code>weather_url</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>req </code> 
      <code>=</code> 
      <code>urllib2.Request(weather_url)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>resp </code> 
      <code>=</code> 
      <code>urllib2.urlopen(req)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>content </code> 
      <code>=</code> 
      <code>resp.read()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>(content):</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>weatherJSON </code> 
      <code>=</code> 
      <code>json.JSONDecoder().decode(content)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>#print(content)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>try</code> 
      <code>:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>weatherJSON[</code> 
      <code>'HeWeather data service 3.0'</code> 
      <code>][</code> 
      <code>0</code> 
      <code>][</code> 
      <code>'status'</code> 
      <code>] </code> 
      <code>=</code> 
      <code>=</code> 
      <code>"ok"</code> 
      <code>:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>weatherJSON[</code> 
      <code>'HeWeather data service 3.0'</code> 
      <code>][</code> 
      <code>0</code> 
      <code>].has_key(</code> 
      <code>'aqi'</code> 
      <code>):</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>print</code> 
      <code>(weatherJSON[</code> 
      <code>'HeWeather data service 3.0'</code> 
      <code>][</code> 
      <code>0</code> 
      <code>][</code> 
      <code>'aqi'</code> 
      <code>][</code> 
      <code>'city'</code> 
      <code>][</code> 
      <code>'pm25'</code> 
      <code>])</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>return</code> 
      <code>int</code> 
      <code>(weatherJSON[</code> 
      <code>'HeWeather data service 3.0'</code> 
      <code>][</code> 
      <code>0</code> 
      <code>][</code> 
      <code>'aqi'</code> 
      <code>][</code> 
      <code>'city'</code> 
      <code>][</code> 
      <code>'pm25'</code> 
      <code>])</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>else</code> 
      <code>:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>return</code> 
      <code>-</code> 
      <code>1</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>else</code> 
      <code>:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>return</code> 
      <code>-</code> 
      <code>1</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>except</code> 
      <code>:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>return</code> 
      <code>-</code> 
      <code>1</code> 
     </div> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

下面直接调用SAKS SDK的方法来让LED和蜂鸣器工作。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 
    <div>
      1 
    </div> 
    <div>
      2 
    </div> 
    <div>
      3 
    </div> 
    <div>
      4 
    </div> 
    <div>
      5 
    </div> 
    <div>
      6 
    </div> 
    <div>
      7 
    </div> 
    <div>
      8 
    </div> 
    <div>
      9 
    </div> 
    <div>
      10 
    </div> 
    <div>
      11 
    </div> 
    <div>
      12 
    </div> 
    <div>
      13 
    </div> 
    <div>
      14 
    </div> 
    <div>
      15 
    </div> 
    <div>
      16 
    </div> 
    <div>
      17 
    </div> 
    <div>
      18 
    </div> 
    <div>
      19 
    </div> 
    <div>
      20 
    </div> 
    <div>
      21 
    </div> 
    <div>
      22 
    </div> 
    <div>
      23 
    </div> 
    <div>
      24 
    </div> 
    <div>
      25 
    </div> 
    <div>
      26 
    </div> 
    <div>
      27 
    </div> 
    <div>
      28 
    </div> 
    <div>
      29 
    </div> 
    <div>
      30 
    </div> 
    <div>
      31 
    </div> 
    <div>
      32 
    </div> 
    <div>
      33 
    </div> 
    <div>
      34 
    </div> 
    <div>
      35 
    </div> 
    <div>
      36 
    </div> 
    <div>
      37 
    </div> 
    <div>
      38 
    </div> 
    <div>
      39 
    </div> </td> 
   <td> 
    <div> 
     <div> 
      <code>if</code> 
      <code> __name__ == </code> 
      <code>"__main__"</code> 
      <code>:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>while</code> 
      <code>True:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>pm25 = get_pm25()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>pm25 == -1:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>time</code> 
      <code>.</code> 
      <code>sleep</code> 
      <code>(30)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>continue</code> 
     </div> 
     <div>
       &nbsp; 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>#严重污染，红灯亮蜂鸣器Beep</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>pm25 &gt;= 250:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.off()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.items[7].on()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.buzzer.beepAction(0.05,0.05,3)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>#重度污染，红灯亮</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>pm25 &lt; 250:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.off()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.items[7].on()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>#中度污染，红灯亮</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>pm25 &lt; 150:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.off()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.items[7].on()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>#轻度污染，黄灯亮</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>pm25 &lt; 115:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.off()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.items[6].on()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>#良，一个绿灯亮</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>pm25 &lt; 75:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.off()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.items[4].on()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>#优，两个绿灯亮</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>pm25 &lt; 35:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.off()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.items[4].on()</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.ledrow.items[5].on()</code> 
     </div> 
     <div>
       &nbsp; 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>#print (("%4d" % pm25).replace(' ','#'))</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>#数码管显示PM2.5数值</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>SAKS.digital_display.show((</code> 
      <code>"%4d"</code> 
      <code>% pm25).replace(</code> 
      <code>' '</code> 
      <code>,</code> 
      <code>'#'</code> 
      <code>))</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>time</code> 
      <code>.</code> 
      <code>sleep</code> 
      <code>(1800)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>input(</code> 
      <code>"Enter any keys to exit..."</code> 
      <code>)</code> 
     </div> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

上面加入了每30分钟读取一次PM2.5指数并刷新数码管的逻辑。由于数码管的 show 方法已经封装了数码管的逻辑，因此任何时候调用数码管显示数值，只需要调用这个方法，把数值作为参数提供即可。  
SAKS.ledrow.items\[7\].on() 表示第8个LED亮，SAKS.ledrow.off() 表示所有LED熄灭。SAKS SDK 已经将瑞士军刀的操作作了封装，只用知道如何应用即可，当然有兴趣也可以下载 SDK 的源码研究。  
将上面的程序源码保存为 main.py 接下来如果要运行，请注意程序开头的 from sakshat import SAKSHAT，需要导入 SAKS SDK 模块。为此我们需要将 SAKS SDK 模块的相关文件和 main.py 放在一起才能正确执行 main.py 程序。我们准备了一个包含 main.py 和 SAKS SDK 的包并在 Github 上提供下载：https://github.com/spoonysonny/SAKS-tutorials/tree/master/pm25-display

在终端运行：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 
    <div>
      1 
    </div> 
    <div>
      2 
    </div> 
    <div>
      3 
    </div> 
    <div>
      4 
    </div> </td> 
   <td> 
    <div> 
     <div> 
      <code>git clone https:</code> 
      <code>//github</code> 
      <code>.com</code> 
      <code>/spoonysonny/SAKS-tutorials</code> 
      <code>.git</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>cd</code> 
      <code> SAKS-tutorials</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>cd</code> 
      <code> pm25-display</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>sudo</code> 
      <code> python main.py</code> 
     </div> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

PM2.5指数显示在了 SAKS 扩展板上，数码管下方的LED同时显示了空气质量状态。

![20151007135014567-0][]

[SAKS]: http://shumeipai.nxez.com/swiss-army-knife-shield-for-raspberry-pi
[20151007135014585-0]: /images/20220713/12d3e645aaa04eeca00204db9eba2f4a.png
[SAKS SDK]: http://shumeipai.nxez.com/2015/09/21/saks-sdk-released.html
[API]: http://www.heweather.com/documents/api
[Link 1]: http://www.heweather.com/documents/cn-city-list
[20151007135014567-0]: /images/20220713/338b75a3105d42f2bf5ca3851fe6514f.png