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#!/usr/bin/env python
# coding: latin-1
# Autor: Ingmar Stapel
# Datum: 20171229
# Version: 1.0
# Homepage: https://www.byteyourlife.com/
# Dieses Programm ermoeglicht es einen mobilen Feinstaubsensor
# auf Basis eines Raspberry Pi Computers zu bauen.
# Ueber Anregungen und Verbesserungsvorschlaege wuerde
# ich mich sehr freuen.
import os
import time
import string
import serial, struct
from gps import *
import datetime
from random import randint
import random
from threading import Thread
import threading
from flask import Flask, jsonify, render_template, request
app = Flask(__name__)
from Adafruit_BME280 import *
#global sensor
global session
session = None
global run
run = False
global status_text
status_text = "inaktiv"
global display_lat
global display_lon
display_lat = "keine GPS Aufzeichnung aktiv"
display_lon = "keine GPS Aufzeichnung aktiv"
global pm_10
global pm_25
pm_10 = 0
pm_25 = 0
global degrees
global hectopascals
global humidity
degrees = 0
hectopascals = 0
humidity = 0
global error_msg
error_msg = ""
# Hier wird der Speicherort fuer die KML Dateien und die LOG Dateien
# festgelegt. Aendern Sie hier zentral den Speicherort ab.
global dir_path
dir_path = "/home/pi/Feinstaubsensor/"
# Default Farbe fuer die Weg-Linie in der KML Datei.
color = "#00000000"
# Funktion fuer das Erfassen von Fehlermeldungen
# die waehrend dem Ablauf des Progammes entstehen koennen.
def write_log(msg):
global dir_path
global error_msg
error_msg = msg
message = msg
fname = dir_path+"feinstaub_python_program.log"
with open(fname,'a+') as file:
file.write(str(message))
file.write("\n")
file.close()
# Hier wird die Farbe fuer die Linie festgelegt.
def color_selection(value):
# red
color = "#64009614"
if 50 <= value <= 2000:
color = "#641400F0"
# orange
elif 25 <= value <= 49:
color = "#641478FF"
# green
elif 0 <= value < 25:
color = "#64009614"
return color
# Diese Funktion schreibt die CSV Datei mit den Feinstaubwerten und
# den GPS Koordinaten.
def write_csv(pm_25, pm_10, value_lat, value_lon, value_time, value_temp, value_pressure, value_humidity, value_fname):
pm_25 = string.replace(pm_25, ".", ",")
pm_10 = string.replace(pm_10, ".", ",")
lat = value_lat
lon = value_lon
time = value_time
#temp = value_temp
#pressure = value_pressure
#humidity = value_humidity
temp = string.replace(value_temp, ".", ",")
pressure = string.replace(value_pressure, ".", ",")
humidity = string.replace(value_humidity, ".", ",")
fname = value_fname
with open(fname,'a') as file:
line = ""+pm_25+";"+pm_10+";"+lat+";"+lon+";"+time+";"+temp+";"+pressure+";"+humidity
file.write(line)
file.write('\n')
file.close()
# Diese Funktion schreibt die KML Datei mit der zurueck gelegten Wegstrecke.
def write_kml_line(value_pm, value_pm_old, value_lon_old, value_lat_old, value_lat, value_lon, value_time, value_fname, type, value_color):
pm = value_pm
pm_old = value_pm_old
lat_old = value_lat_old
lon_old = value_lon_old
lat = value_lat
lon = value_lon
time = value_time
fname = value_fname
color = value_color
try:
if os.path.exists(fname):
with open(fname,'a+') as file:
# Hier ist eine sehr gute Dokumentation zu finden ueber
# den Aufbau von KML Dateien.
# https://developers.google.com/kml/documentation/kml_tut
file.write(" <Placemark>\n")
file.write(" <name>"+ pm +"</name>\n")
file.write(" <description>"+ pm +"</description>\n")
file.write(" <Point>\n")
file.write(" <coordinates>" + lon + "," + lat + "," + pm + "</coordinates>\n")
file.write(" </Point>\n")
file.write(" <LineString>\n")
file.write(" <altitudeMode>relativeToGround</altitudeMode>\n")
file.write(" <coordinates>" + lon + "," + lat + "," + pm + "\n "+ lon_old+ ","+ lat_old+ "," + pm_old + "</coordinates>\n")
file.write(" </LineString>\n")
file.write(" <Style>\n")
file.write(" <LineStyle>\n")
file.write(" <color>" + color + "</color>\n")
file.write(" <width>8</width>\n")
file.write(" </LineStyle>\n")
file.write(" </Style>\n")
file.write(" </Placemark>\n")
file.close()
else:
with open(fname,'a+') as file:
file.write("<?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>\n")
file.write("<kml xmlns='http://earth.google.com/kml/2.1'>\n")
file.write("<Document>\n")
file.write(" <name> Feinstaub_Linie_"+type+"_" + datetime.datetime.now().strftime ("%Y%m%d") + ".kml </name>\n")
file.write('\n')
file.close()
except Exception, e:
write_log(e)
# Diese Funktion schliesst das KML File ab.
def close_kml(file_name):
try:
with open(file_name,'a+') as file:
file.write(" </Document>\n")
file.write("</kml>\n")
file.close()
except Exception, e:
write_log(e)
# Klasse um auf den GPSD Stream via Thread zuzugreifen.
class GpsdStreamReader(threading.Thread):
def __init__(self):
global session
threading.Thread.__init__(self)
#
session = gps(mode=WATCH_ENABLE)
self.current_value = None
# Der Thread wird ausgefuehrt
self.running = True
def run(self):
global session
while t_gps.running:
# Lese den naechsten Datensatz von GPSD
session.next()
# Klasse um auf den SDS001 Sensor via Thread zuzugreifen.
class SDS001StreamReader(threading.Thread):
def __init__(self):
global byte
global lastbyte
global ser
# Variablen fuer die Messwerte vom Feinstaubsensor.
byte, lastbyte = "\x00", "\x00"
# USB Geraetepfad des Feinstaubsensors bitte hier setzen.
sds011 = "/dev/ttyUSB0"
threading.Thread.__init__(self)
# Hier wird auf den Serial-USB Konverter zugegriffen
try:
ser = serial.Serial(sds011, baudrate=9600, stopbits=1, parity="N", timeout=2)
except Exception, e:
write_log("\n HL-340 USB-Serial Adapter nicht verfuegbar. \n"+str(e))
try:
ser.flushInput()
except Exception, e:
write_log(e)
self.current_value = None
# Der Thread wird ausgefuehrt
self.running = True
def run(self):
global pm_25
global pm_10
global byte
global lastbyte
global ser
while t_sds011.running:
lastbyte = byte
try:
byte = ser.read(size=1)
except Exception, e:
write_log("\n Fehler HL-340 USB-Serial Adapter.\n"+str(e))
# Wenn es ein gueltiges Datenpaket gibt bearbeite dieses
if lastbyte == "\xAA" and byte == "\xC0":
try:
# Es werden 8 Byte eingelesen.
sentence = ser.read(size=8)
# Das eingelesene Datenpaket wird dekodiert.
readings = struct.unpack('<hhxxcc',sentence)
except Exception, e:
write_log(("\n SDS011 Datenpaket kann nicht gelesen werden. \n"+str(e)))
pm_25 = round(readings[0]/10.0, 3)
pm_10 = round(readings[1]/10.0, 3)
def start_sensor():
global run
global session
global display_lat
global display_lon
global pm_10
global pm_25
global dir_path
global degrees
global hectopascals
global humidity
save_file = False
single_run = True
# GPS Koordinaten-Variable Vorgaengerwert.
lat_old = "initial"
lon_old = "initial"
# Feinstaubwerte 25 und 10 als Vorgaengerwert.
pm_old_25 = 0
pm_old_10 = 0
while True:
single_run = True
while run:
sensor = BME280(t_mode=BME280_OSAMPLE_8, p_mode=BME280_OSAMPLE_8, h_mode=BME280_OSAMPLE_8)
degrees = sensor.read_temperature()
pascals = sensor.read_pressure()
hectopascals = pascals / 100
humidity = sensor.read_humidity()
if save_file == False:
# micro-sd card paths for the kml files
fname25_line = dir_path+'feinstaub_25_line_'+datetime.datetime.now().strftime ("%Y%m%d_%H_%M_%S")+'.kml'
fname10_line = dir_path+'feinstaub_10_line_'+datetime.datetime.now().strftime ("%Y%m%d_%H_%M_%S")+'.kml'
fname_csv = dir_path+'feinstaub_'+datetime.datetime.now().strftime ("%Y%m%d_%H_%M_%S")+'.csv'
save_file = True
# Hier wird der Intervall gesetzt wie oft ein Wert
# in die KML Datei geschrieben werden soll
time.sleep(2)
# Nur wenn eine gueltige FIX Positon bekannt istitle
# Zeichne die GPS Daten und Feinstaubwerte in einer
# KML Datei auf.
if -90 <= session.fix.latitude <= 90 and session.fix.latitude != 0:
if lat_old == "initial":
lat_old = session.fix.latitude
if lon_old == "initial":
lon_old = session.fix.longitude
color_25 = color_selection(pm_25)
color_10 = color_selection(pm_10)
write_kml_line(str(pm_25), str(pm_old_25), str(lon_old), str(lat_old), str(session.fix.latitude), str(session.fix.longitude), str(session.utc), fname25_line, "25", color_25)
write_kml_line(str(pm_10), str(pm_old_10), str(lon_old), str(lat_old), str(session.fix.latitude), str(session.fix.longitude), str(session.utc), fname10_line, "10", color_10)
lat_old = session.fix.latitude
lon_old = session.fix.longitude
pm_old_25 = pm_25
pm_old_10 = pm_10
if single_run:
write_csv("PM25", "PM10", "GPS FIX Latitude", "GPS FIX Longitude", "Datum;Uhrzeit", "Temperatur (C)", "Hektopascal", "Luftfeuchte", fname_csv)
single_run = False
degrees = round(degrees,2)
hectopascals = round(hectopascals,2)
humidity = round(humidity,2)
write_csv(str(pm_25), str(pm_10), str(session.fix.latitude), str(session.fix.longitude), datetime.datetime.now().strftime ("%Y%m%d;%H:%M:%S"),str(degrees), str(hectopascals), str(humidity), fname_csv)
if run == False:
if save_file == True:
# Hier werden die KML Dateien geschlossen.
close_kml(fname25_line)
time.sleep(0.2)
close_kml(fname10_line)
time.sleep(0.2)
save_file = False
# Diese Funktion schaltet den Raspberry Pi ab.
def shutdownpi():
time.sleep(3)
os.system("sudo halt")
# Diese Funktion startet den Raspberry Pi neu.
def rebootpi():
time.sleep(3)
os.system("sudo reboot")
# Hier folgt der Abschnitt fuer den Flask Web-Server
@app.route('/')
def index():
return render_template('index_bme280.html')
@app.route('/start/', methods=['GET'])
def start_measure():
global run
run = True
global status_text
status_text = "Aufzeichnung aktiv."
ret_data = {"value": "Start der Aufzeichnung der Messwerte."}
return jsonify(ret_data)
@app.route('/stopp/', methods=['GET'])
def stopp():
global run
run = False
global status_text
status_text = "Aufzeichnung inaktiv."
ret_data = {"value": "Aufzeichnung der Messwerte angehalten."}
return jsonify(ret_data)
@app.route('/status/', methods=['GET'])
def status():
global status_text
global display_lat
global display_lon
global pm_10
global pm_25
global error_msg
global session
global degrees
global hectopascals
global humidity
display_lat = session.fix.latitude
display_lon = session.fix.longitude
ret_data = {"value": status_text, "lat": display_lat, "lon": display_lon, "pm_10": pm_10, "pm_25":pm_25, "error_msg":error_msg, "degrees":round(degrees,2), "pascals":round(hectopascals,2), "humidity":round(humidity,2)}
return jsonify(ret_data)
@app.route('/halt/', methods=['GET'])
def halt():
global run
run = False
t_gps.running = False
t_shutdown.start()
t_gps.join()
ret_data = {"value": "Der Raspberry Pi schaltet sich in 10 Sekunden aus."}
return jsonify(ret_data)
@app.route('/reboot/', methods=['GET'])
def reboot():
global run
run = False
t_gps.running = False
t_reboot.start()
t_gps.join()
ret_data = {"value": "Der Raspberry Pi wird neugestartet"}
return jsonify(ret_data)
if __name__ == '__main__':
# Start des Threads der den GPS Empfaenger ausliesst.
t_gps = GpsdStreamReader()
t_gps.start()
# Start des Threads der den Feinstaubsensor ueber den USB-Serial
# Konverter ausliesst.
t_sds011 = SDS001StreamReader()
t_sds011.start()
# Kurze Pazse um zu warten bis die beiden Threads t_gps und
# t_sds01 starten konnten.
time.sleep(3)
t_start_sensor = Thread(target=start_sensor)
t_start_sensor.start()
# Initialisieren des Shutdown Threads.
t_shutdown = Thread(target=shutdownpi)
# Initialisieren des Reboot Threads.
t_reboot = Thread(target=rebootpi)
# Starten des Flask Web-Servers.
app.run(host='0.0.0.0', port=8181, debug=False)