#决赛# 无烟公厕 | 公厕吸烟警示系统 简单

项目背景

很开心进入物联网挑战赛的决赛，继续捣腾主题三：物联网还能这么玩！

感谢 DF 社区还有粒子姐姐提供的盲盒！👍👍🌹

暑期，茶余饭后会去附近的公园散步，闲暇时记录想法。

想法一：垃圾分类检测

小城市规模化的垃圾分类进行中，使用摄像头和行空板进行垃圾分类检测，然而没有用到 SCI 模块，暂且搁置。

想法二：喷泉水质检测

旱地喷泉，在降温消暑的同时，还增加了人与水之间的互动，深受小朋友们的欢迎。留意到小朋友喜欢在旱地喷泉这里嬉戏，于是产生了旱地喷泉水质如何的好奇。

使用 TDS 传感器、防水温度传感器、IO扩展板和掌控板对采集来的水样进行降温和水质 TDS 检测，选用的试管容量偏小，不过实测下来喷泉水 TDS 均在90ppm以内，比较理想。没想好与物联网的关系，暂且搁置。

想法三：无烟公厕 | 公厕吸烟警示系统

项目简介

随着卫健委《公共场所卫生管理条例》的实施和市民健康意识的提升，吸烟问题有了一定程度的好转，然而，餐馆、学校等公共场所还是少不了几个“烟民”，部分公厕则是吸烟重灾区，存在二手烟“暴露”风险，也给环卫工人和管理者带来工作负担。基于此，本项目主要依托 DF 社区的开源硬件，实现对公厕中的 PM2.5 颗粒物的数据的实时监测和可视化展示。项目探究公厕空气污染与吸烟行为，设计警示系统来辅助决策和管理，提供状态预警和场景控制，致力于打造健康、卫生的无烟公厕。

开源硬件

项目采用硬件包括：SCI 采集模块、行空板、PM2.5 空气质量传感器、小风扇和 micro: bit 掌控 I/O扩展板。

结构设计

沿用上一轮的激光切割乐造模块 Laserblock @DF_V1 来搭建符合开源硬件安装和使用要求的实验台。

系统构成

沿用上一篇文章的内容。室内局部的“小气候”受到室外整体环境的影响。使用独立线程的好处是独立控制循环的周期，减少程序之间的影响。

PM、PM2.5 各是什么？

实际空气中的颗粒物通常用 PM 表示，PM 是英文 Particulate Matter (颗粒物)的首字母缩写。

PM2.5 是指大气中直径小于或等于2.5微米(不到人的头发丝粗细的1/20)的颗粒物。PM2.5 是PM10 中的一部分，在 PM10 中，这部分被称为细颗粒物，而直径在2.5至10微米之间的颗粒物则被称为粗颗粒物，与细颗粒物相对。PM2.5 会通过呼吸道，到达人的肺部，直接进入肺泡，因此，PM2.5 也被称为可入肺颗粒物。

参考：《空气中PM2.5》 20问----中国科学院大气物理研究所

吸烟与 PM2.5 之间的关系？

参考：无烟家庭宣传

吸烟伤肺，室内吸烟过程中产生大量二手烟，成为 PM2.5 的主要来源，通过呼吸道，到达人体肺部。当然，公厕 PM2.5 并非都来源于二手烟。

PM2.5 数据采集

数据采集器 SCI 接入行空板 I2C 口。如果是使用数据采集器 SCI 保存数据则需要设置系统时间和数据刷新率（建议设置为3秒），R键记录按钮，生成 CSV 文件，另存为xlsx格式，方便在表格中绘制并保存图表。

PM2.5 空气质量传感器在安装和使用时需要注意：

1.选择安装位置合理，使采样代表性强，同时注意定期维护。
2.定期统计分析，跟踪长期变化趋势，与环境卫生标准对比，指导管控。
3.有安全保障措施，避免被恶意破坏或篡改。
4.监测结果可用于评估空气质量，也为判断是否存在吸烟行为提供一定的依据，推动良性循环。

行空板的系统升级以及 Mind+ 数据可视化面板和SIoT V2 的安装，不过多赘述啦！

PM2.5 数据分析

新建并初始化变量“细颗粒物当前值”、“平均值”、“样本数”、“最大值”、“最小值”。每隔3秒将采集到的 PM2.5 数据进行统计分析。

求平均数指令使用的是数据采集端的计算方式。

参考：创客技术助力科学实验 | 24小时PM2.5浓度监测实验

无用之用：家庭生活空间24小时的 PM2.5 监测

8月15号至8月16号花了一天的时间对家庭生活空间的 PM2.5 空气质量进行24小时的监测。

经过统计分析3万多的样本数据，发现

1.有3组数据存在数据异常或严重超标的情况，目前原因未知。

2.多数样本数据落在0 μg/m³~75 μg/m³之间，尽管有三组数据存在异常，但样本数够大，PM2.5 平均浓度在22.37μg/m³，空气质量优。

为了方便查看图表，将3组异常数据的数值修改为252 μg/m³，如下图。

通过图表可知，所居住的室内没有主要 PM2.5 污染源，故 PM2.5 浓度的增减主要与室外空气交换有关，比如是否开窗通风、别人家是否炒菜做饭等等。

Mind+可视化面板

这一次大幅简化画面元素来打造面向公众和管理者的可视化大屏，整个区域主要划分为室内外环境状况、无烟宣传、联动控制中心以及标题时间等元素。

无烟宣传，主要包括禁烟警语和标志、吸烟危害宣传教育和健康生活引导。图片素材取材自世卫组织世界无烟日、中国疾病预防控制中心烟草控制、苏州卫健委和小林漫画。背景图取材星湖公园。管理者可借助 Mind+ 可视化面板的走马灯组件定期更换海报。

行空板可视化小屏

PM2.5 平均浓度阈值的确定

根据空气污染指数和24小时 PM2.5 平均浓度对应表确定三个等级。24小时 PM2.5 平均浓度 0~35 μg/m³为优，36~75 μg/m³为良，76 μg/m³及其以上为空气污染。

PM2.5 状态预警

PM2.5 状态的变化随之产生的是字体颜色和声音的变化。当浓度达到 75 μg/m³以上时，显示数值为红色字体，行空板板载蜂鸣器响起，直到烟雾散去。当浓度处于36~75 μg/m³之间时，显示数值为黄色字体。当浓度小于或等于35时，显示数值为绿色字体。

当室内空气污染危及人体健康时，抽风与排气装置的使用是公厕目前普遍采用的方案。

控制方式

自动控制

由于多数公厕24小时开放，同时人员监护、管理的成本较高，因而将自动控制排气扇放在优先位置。

人工（智能）控制

系统提供人为控制的两种方式，一种借助行空板的录音和讯飞语音识别功能发送排气扇控制指令。

参考：用Python玩转开源硬件-第13课：AI多功能语音开关
 

另一种则是通过可视化面板来控制排气扇。当 MQTT 收到消息时，联动更新行空板可视化小屏，传递参数，启动和停止不同的控制方式的线程。

项目小结

转眼，一个月过去了，学到很多，也收获很多。

从数据采集到数据显示再到数据应用，本项目搭建 PM2.5 监测实验台，采集并分析空气中的 PM2.5 数据，作为公厕空气污染以及疑似存在吸烟行为的数据支撑，除了提供 PM2.5 状态预警和人工与自动化的场景控制以外，还借助 Mind+ 可视化面板从禁烟警语和标志、吸烟危害和健康生活引导等方面进行无烟宣传。尽管本项目诸多细节还没有完成，比如，公厕24小时PM2.5 数据采集和分析；行空板B的移动程序；自动控制方面 PM2.5 浓度阈值的调整；外观结构方面与公厕抽纸盒的结合，还有注意防水等等。但是，我想拥有健康的意识，会是好的开始。本项目使得公厕无烟宣传不单是小小的一个角落，而是较为完整的系统。希望对各位老师和同学们有所启发✌

撰写本文时，发现彤彤老师也对公厕吸烟问题深有感触，两块行空板、USB音箱、室内空气质量传感器的使用以及暖心求助功能等等在校园无烟公厕场景下的具体应用，同样对我有所启发😃🌹

参考资料

#物联网挑战赛# 天马创客物联网智慧大屏

#新物联网挑战赛二# 天马创客物联网智慧大屏

【决赛】物联网还能这么玩