FunPack第八期——使用Arduino Nano 33 BLE Sense制作一个环境监测站by叶开

内容介绍

这期FunPack给我们带来的是一块来自Arduino的板卡Arduino Nano 33 BLE Sense。既然是Arduino发布的板卡，自然是支持Arduino框架开发。本次我也使用了Arduino框架进行开发。

任务清单

我这次选择的是任务二：

利用NANO-33 BLE的传感器，搭建一个小型环境监测站用于监测户外环境。待监测的参数包括：

周边环境温度（精度：±0.1°C, ±0.1°F）
周边环境湿度（精度：±1%）
大气压强（精度：±0.1kPa, ±0.1psi）
日照强度（用于判断白天/夜晚）
周边平均噪声（精度：±1dB）

数据信息反馈方式为通过对开发板外接显示屏显示

任务分析

周边环境温度和湿度可以使用板载的温湿度传感器HTS221获取。
大气压强可以使用板载的LPS22气压传感器实现。
日照强度由于精度要求不高，使用板载的颜色传感器APDS9960获取颜色后和阈值比较后判断白天/夜晚。
周边的平均噪声就需要进行一些处理。板载的MP34DT05为一个PDM的麦克风传感器，获取到的是声音量化后的裸数据，不能直接得到声压。参考文章的方案。
外接显示器我本次使用UART串口屏

代码部分

由于是使用Arduino框架开发，这里也不再自行编写各传感器的驱动，而是使用提供的驱动。

初始化部分

    // 温湿度传感器的初始化
    HTS.begin();
    // 气压传感器的初始化
    BARO.begin();
    // 颜色传感器的初始化
    APDS.begin();
    // 数字麦克风的初始化
    PDM.onReceive(onPDMdata);
    PDM.begin(1, 16000);
    // 日常点个灯
    pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
    // 串口（连接到串口屏）的初始化
    Serial1.begin(115200);
    // 串口屏的清屏
    Serial1.print("CLR(0);SBC(0);\r\n");

获取传感器数据

    // 获取温度信息
    auto temperature = HTS.readTemperature();
    // 获取湿度信息
    auto humidity = HTS.readHumidity();
    // 获取气压信息
    auto pressure = BARO.readPressure();
    // 获取颜色传感器信息
    while (!APDS.colorAvailable()) {
        delay(5);
    }
    int r, g, b;
    APDS.readColor(r, g, b);
    // 声压的计算
    double l;
    if (samplesRead) {
        long long pow_sum = 0;
        for (int i = 0; i < samplesRead; i++) {
            pow_sum += sampleBuffer[i] * sampleBuffer[i];
        }
        pow_sum /= samplesRead;
        auto p_rms = sqrt(pow_sum);
        l = 20 * log10(p_rms / 65536.0);
        Serial.println(l);
        samplesRead = 0;
    }

串口屏输出

    delay(100);
    Serial1.print("DCV16(10,10,'");
    sprintf(uartBuf, "Tempe:%.1f C", temperature);
    Serial1.print(uartBuf);
    Serial1.print("',1);\r\n");

    delay(100);
    Serial1.print("DCV16(10,30,'");
    sprintf(uartBuf, "Humi:%.0f %%", humidity);
    Serial1.print(uartBuf);
    Serial1.print("',1);\r\n");

    delay(100);
    Serial1.print("DCV16(10,50,'");
    sprintf(uartBuf, "Pres:%.1f kPa", pressure);
    Serial1.print(uartBuf);
    Serial1.print("',1);\r\n");

    delay(100);
    Serial1.print("DCV16(10,70,'");
    Serial1.print(((r < 30) && (g < 30) && (b < 30)) ?
                  "time:night" : "time:day  ");
    Serial1.print("',1);\r\n");

    delay(100);
    Serial1.print("DCV16(10,90,'");
    sprintf(uartBuf, "Sound:%.0f dB", l);
    Serial1.print(uartBuf);
    Serial1.print("',1);\r\n");

心得体会

第一次使用Arduino框架进行开发，难免有些不适应。一方面是习惯了使用c语言进行面向过程的开发（虽然本次开发使用Arduino我基本上自己没写面向对象的部分，main中仍是面向过程的思想），另一方面是Arduino的框架封装的很严实，并且官方IDE也很难查看库的源码，这让我感觉对工程有些失去掌控。当然我后来也是抽出了工程文件重新使用Clion搭建了一个工程。Arduino的众多库，在使用时很方便，这大概也是非传统嵌入式开发者追捧它的原因吧。

本次使用clion搭建工程，使用了从Arduino框架中找出的mbedos和ArduinoAPI，放在我的github仓库的funpack分支内

完整工程：https://github.com/kaidegit/Arduino33BLE_Templet_Clion/tree/funpack