Funpack第八期 Arduino nano 33 ble sense简易环境监测站

内容介绍

实现的功能

使用Arduino nano 33 ble sense开发板上集成的LPS22HB气压传感器、HTS221温湿度传感器、APDS9960姿态距离颜色传感器、MP34DT05数字麦克风采集环境温湿度、气压、环境噪音、环境光亮度。

外接SH1106 128*64单色OLED显示器，将以上传感器采集的数据处理后显示，由于屏幕大小有限，内容需要轮换显示，每一屏幕的内容显示2s。

开机后显示大气压强与根据大气压强与当前温度使用hypsometric 公式计算的理论海拔高度，每50ms刷新一次数据

float altitude=(pow((101.325/pressure),0.1902)-1)*(temperature+273.15)/0.0065;
u8g2.print(String("")+altitude+" m");

等待两秒后显示相对湿度与环境温度，每50ms刷新一次数据

等待两秒后显示环境光亮度，并根据阈值判断当前是白天还是黑夜，每50ms刷新一次数据，最初考虑人眼对不同颜色的光的敏感度的不同，使用了一个将RGB亮度转换为灰度的心理学公式：

float gray=(float(r)/16*30 + float(g)/16*59 + float(b)/16*11 + 50) / 100;//彩色转灰色心理学公式

但是实际测试效果并不好……可能不同传感器的颜色标准不同吧……最后还是用了最简单的方式：

float gray=float(r+g+b)/122.91;

等待两秒后显示环境噪声响度，根据1024次采样的均方根计算环境噪声的声压级，并将单位转换为分贝，每秒刷新约15.625次数据，量程为20~106dB

double SPL_cal(){
  double amp=0,sum=0;//amp:amplitude of sound
  int cnt=0;//max=1023,15.625Hz
  while(cnt<1020)
  {
    if(samplesRead)
    {
      for(int i=0;i<samplesRead;i++)
      {
        sum+=double(sampleBuffer[i])*sampleBuffer[i];
      }
      cnt+=samplesRead;
      samplesRead=0;// Clear the read count
    }
  }
  //Serial.println(String("samples count:")+cnt);//debug only
  amp=20*log10(10*sqrt(sum/cnt));
  //可以通过对数的运算规则改为amp=20*log10(sqrt(sum/cnt))+20;提高性能
  //不过这样就不太容易理解了，反正性能足够，就不用这么抠啦
  return amp;
}

等待两秒后对runTime重新赋值，再次开始第一屏内容的显示。

功能演示

以下界面按开机后显示顺序排列，每个界面显示2s，每个界面中数值都会以一定的速度刷新，文字不变。

1.大气压强显示：

Ft3_AVE7pdLPe7asQ5rxJB1ZRm8Z

2.温度与湿度显示界面：

Fs-3IGXlnCE5UQA83olGcqgOxUly

3.环境光亮度界面（拍摄时在室内，因此亮度较低，显示的是夜晚，视频显示的是白天）：

FqM_O4ASYXqQ0ZQ_qeYWxgEWvdPj

4.环境噪声声压级显示界面：

FnSLdFYwuriAfQnlRjUNMoo-xMKS

心得体会

很荣幸能参加本次活动，第一次用到了性能这么强的Arduino说实话颠覆了我对Arduino的认识，并且第一次尝试拍摄与剪辑视频，说实话还是有点紧张的，不过为了白嫖开发板完成这次挑战还是完成了作品的提交（其实也没那么难）。

在交流群中也见到了很多的大佬，得到了大佬们的帮助（十分感谢大佬们，诚惶诚恐），驱动oled的u8g2库就是大佬推荐的，分贝的计算也参考了大佬们发的文章。总的来说学到了不少，非常感谢电子森林和Digikey举办的此次活动，也很感谢Arduino能提供如此简单易用的平台方便我这样的非专业人士使用、开发MCU。