基于WiFi的智能樓宇溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

江帥 黃軒 李西

摘要：由于傳統(tǒng)的智能樓宇溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可擴(kuò)展性不是很好，并且無線采集終端成本較高等缺點(diǎn)，本文提出一種基于WiFi的無線樓宇溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過DHT11-溫濕度傳感器實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度和工作設(shè)備的狀態(tài)，傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，同時(shí)利用ESP8266-12網(wǎng)絡(luò)傳給手機(jī)APP顯示，達(dá)到用戶可通過手機(jī)對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。本設(shè)計(jì)具有遠(yuǎn)程異地控制，實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)的功能。

關(guān)鍵詞：溫度控制;WiFi網(wǎng)絡(luò); 智能樓宇;單片機(jī)

中圖分類號(hào)? TP311 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）23-0250-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

遠(yuǎn)程控制居所中的各個(gè)設(shè)備，已成為現(xiàn)今家具發(fā)展的大潮流，家中各個(gè)設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)的方式連接到住戶的移動(dòng)設(shè)備的客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，是便捷現(xiàn)代生活的一種重要方式。中國(guó)的建筑與地產(chǎn)業(yè)在陷入了幾次低潮后，通過效仿發(fā)達(dá)國(guó)家新型的智能化樓宇，也有了崛起的勢(shì)頭，如今，智能化、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與建筑相結(jié)合，必將成為了中國(guó)科技發(fā)展的又一新高度。

溫度的監(jiān)測(cè)與控制在日常生活中十分常見，比如家中的空調(diào)，電冰箱，燒水壺等等都需要對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)與控制。而以往對(duì)溫度的控制都是人工來實(shí)現(xiàn)的，這里面有安全隱患而且效率不是很高。為了實(shí)現(xiàn)人們對(duì)所在場(chǎng)所溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及可控，方便人們的生活、工業(yè)的生產(chǎn)以及科學(xué)事業(yè)的研究，設(shè)計(jì)一款實(shí)用性強(qiáng)，操作方便的智能樓宇溫控系統(tǒng)是非常有必要的。近幾年基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)被很多學(xué)者提出，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的智能控制[1]，但不能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。本文提出的基于WiFi的樓宇溫度控制系統(tǒng)就是提供便捷與遠(yuǎn)程控制溫度舒適度的一種解決方案，通過手機(jī)、WiFi和單片機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)獲取溫度信息，不僅一舉兩得，而且操作方便，同時(shí)也趕上了當(dāng)今社會(huì)家具智能化的大潮流。

2 智能樓宇溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

智能樓宇溫度控制系統(tǒng)最主要的目的是使智能樓宇溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能用于現(xiàn)在的辦公大樓，實(shí)現(xiàn)局域監(jiān)測(cè)，故本設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下功能：

（1） 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)設(shè)備溫度;

（2） 能夠?qū)Σ杉降臏囟葦?shù)據(jù)進(jìn)行處理及顯示;

（3） 用戶可以通過手機(jī)等智能設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)室內(nèi)設(shè)備當(dāng)前溫度。

根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖1所示，DTH11溫濕度傳感器將實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)反映給STC89C51單片機(jī)處理，同時(shí)可將當(dāng)前溫濕度顯示出來，再通過ESP8266-12聯(lián)網(wǎng)反饋給用戶的移動(dòng)設(shè)備，在移動(dòng)設(shè)備的客戶端上，用戶即可了解樓宇的實(shí)時(shí)環(huán)境情況。以上，即可達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)溫度與控制的目的。

由于此設(shè)計(jì)屬于物聯(lián)網(wǎng)范疇，是新興產(chǎn)業(yè)，選擇的硬件需要跟上硬件更新發(fā)展，采用的硬件需要有足夠的發(fā)展空間，還需要有強(qiáng)大的功能達(dá)到所需的目的，同時(shí)又要滿足低成本與方便操作的原則，故選用ESP8266-12WiFi模塊、DTH11溫濕度傳感器和主控件STC89C51單片機(jī)充當(dāng)該系統(tǒng)的核心角色。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 溫濕度采集模塊

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它的穩(wěn)定性和可靠性非常好，并與一個(gè)8位的高性能單片機(jī)相連接，采用單線制的串行接口，使系統(tǒng)集成的功耗降低，而且更加簡(jiǎn)單和快速，作為一個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器DHT11具有響應(yīng)快速、抗干擾強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)[2]。它的濕度測(cè)量范圍為20%～90%RH;濕度測(cè)量精度為±5%RH[1]，度測(cè)量范圍在0到50 ℃之間，在3.3V-5V電壓之間工作，典型的應(yīng)用電路如圖2所示。

3.2 LCD1602顯示模塊

顯示模塊采用的是常見的LCD1602液晶屏，它可以同時(shí)顯示由兩行16列字符[3]，在電路中一般加一個(gè)滑動(dòng)變阻器來調(diào)節(jié)它的背光亮度以適應(yīng)在不同的光線下來顯示，它可以顯示、數(shù)字、字母等字符，十分方便在生活中的使用[4]。顯示模塊電路設(shè)計(jì)如圖3。

3.3 無線WIFI模塊

對(duì)于WiFi模塊的選擇，是比較單一的，市面上常見并且容易買到的是ESP8266系列，這款WiFi模塊芯片隨著發(fā)展也改進(jìn)了很多代，功能很是強(qiáng)大，此次選用ESP8266-12WiFi模塊，是現(xiàn)在市場(chǎng)上常見的一款芯片，由于其內(nèi)置32位的微處理器，也可當(dāng)作應(yīng)用處理器使用，相比于普通家里常見的WiFi路由器不同，ESP8266-12支持電池供電，其低功耗的特性，對(duì)于此系統(tǒng)有很大幫助，因?yàn)樾枰邮张c發(fā)射信號(hào)，可以說是整個(gè)系統(tǒng)中耗能較多的元件了，但是低功耗解決了這一問題。

ESP8266-12是基于UART（通用異步收發(fā)傳輸器）接口的WIFI無線網(wǎng)絡(luò)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的交換[5]。這款WiFi模塊是使用ASCII碼（美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼）與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通訊的，此次選用的是該型號(hào)較為先進(jìn)的“12”型號(hào)，作為一款使用普遍的遠(yuǎn)程通訊模塊這個(gè)模塊可以利用UART接口與STC89C51單片機(jī)相結(jié)合，將ASCII碼產(chǎn)生的中斷傳輸給STC89C51單片機(jī)。 此WIFI模塊可以通過終端像普通路由器一樣設(shè)置和修改密碼，也可以通過配置軟件進(jìn)行修改和設(shè)置，有比較不錯(cuò)的安全性能，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)首要包含溫濕度數(shù)據(jù)收集模塊和WIFI模塊這兩部分，單總線傳輸模式是數(shù)據(jù)采集常用的模式，通過DHT11（溫濕度傳感器）與單片機(jī)進(jìn)行通信和同步，通信一次時(shí)間是4毫秒左右，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分為小數(shù)部分和整數(shù)部分這兩部分，數(shù)據(jù)的完整傳輸是每次40位，傳輸?shù)倪^程中是高位先出來的。

數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)， 8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)，+ 8bit校驗(yàn)和單片機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)后，DHT11從低功耗模式變?yōu)楦咚倌Ｊ剑?dāng)開始信號(hào)結(jié)束時(shí)，DHT11發(fā)送收集的數(shù)據(jù)，用戶可以選擇讀取所需的數(shù)據(jù)，WIFI模塊采用ESP8266芯片，這是一款超低功耗的UART-WiFi透明傳輸模塊，它可以將用戶的物理設(shè)備連接到無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)本地通信，它和單片機(jī)的毗連體例非常簡(jiǎn)略，單片機(jī)對(duì)其控制也相對(duì)于簡(jiǎn)略。本系統(tǒng)中用的是SoftAP+Station模式，可以經(jīng)由過程與手機(jī)直連到達(dá)局域監(jiān)測(cè)。