基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳宇軒 余紅珍 楊佳欣 李思

摘要：利用開源硬件Arduino和YeeLink物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)了環(huán)境溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)捕獲環(huán)境溫度，傳送至YeeLink物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，使用智能手機(jī)為操作終端，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看溫度，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境溫度功能。

關(guān)鍵詞：傳感器；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；溫度監(jiān)控；Arduino；物聯(lián)網(wǎng)

DOIDOI：10.11907/rjdk.1511572

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2016）005-0085-02

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將引發(fā)新一輪信息技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命，是信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域未來競爭的制高點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心驅(qū)動(dòng)力。

互聯(lián)網(wǎng)公司3巨頭百度、阿里巴巴和騰訊，2014年物聯(lián)網(wǎng)和智能硬件布局迅速提速：2014年3月，阿里巴巴與美的合作，共建基于阿里云的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的連接對(duì)話和遠(yuǎn)程控制，美的也發(fā)布了首款基于阿里云的智能空調(diào)；而百度也正式開放了名為“BaiduInside”的創(chuàng)新智能硬件合作計(jì)劃。騰訊在2014年10月啟動(dòng)了QQ物聯(lián)智能硬件開放平臺(tái)，將QQ賬號(hào)體系和關(guān)系鏈開放給智能家居、可穿戴設(shè)備、智能車載等合作伙伴，實(shí)現(xiàn)用戶與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)互通。目前微信是離用戶最近的移動(dòng)入口之一，2015微信開放硬件接口，廣泛吸納第三方智能硬件團(tuán)隊(duì)進(jìn)駐，將加速微信App打造的物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)程。

溫度是和生活環(huán)境密切相關(guān)的物理量，溫度的變化會(huì)給我們的工作、生活帶來重大影響，溫度測量及控制至關(guān)重要。

傳統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控基于PC技術(shù)，系統(tǒng)的部署和研究成本高，穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性受到限制，搭建服務(wù)器周期長、費(fèi)用高、技術(shù)難度大。通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出一種基于物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)的溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，使用智能手機(jī)為操作終端，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)實(shí)時(shí)互連，移動(dòng)性好、方便快捷，能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看和控制溫度，自動(dòng)更新遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，具可擴(kuò)展性、移動(dòng)性。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)由Arduino UNO微控制器、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊W5100、YEELINK云服務(wù)器等部分組成。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、分析、顯示和上傳功能。通過DS18B20傳感器獲取數(shù)據(jù)傳至Arduino UNO板，再經(jīng)過W5100網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊，上傳至yeelink物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。使用智能手機(jī)為操作終端，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)互連，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測和處理。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 Arduino UNO

Arduino 是開源軟硬件開發(fā)平臺(tái)，包含各種型號(hào)的硬件板和IDE軟件。此開源硬件通過連接各種傳感器檢測環(huán)境參數(shù)，通過運(yùn)行軟件控制舵機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等輸出裝置來控制外界環(huán)境。硬件板上的微控制器通過Arduino的專用編程語言來編寫程序，這種語言是建立在C/C++基礎(chǔ)上的，把AVR單片機(jī)（微控制器）相關(guān)參數(shù)設(shè)置都函數(shù)化。

2.2 W5100網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板

Arduino W5100網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊，可以使Arduino成為簡單的Web服務(wù)器，或者通過網(wǎng)絡(luò)控制讀寫Arduino的數(shù)字和模擬接口等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，可直接使用IDE中的Ethernet庫文件便可實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單Web服務(wù)器。該版本支持mini SD卡（TF卡）讀寫，該擴(kuò)展板采用了可堆疊的設(shè)計(jì)，可直接插到Arduino上，其它擴(kuò)展板也可插上去。

Arduino W5100網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊支持全硬件TCP/IP協(xié)議：TCP、 UDP、 ICMP、 IPv4 ARP、 IGMP、 PPPoE、 Ethernet。 內(nèi)嵌10BaseT/100BaseTX以太網(wǎng)物理層。支持自動(dòng)應(yīng)答（全雙工/半雙工模式），支持自動(dòng)MDI/MDIX，支持ADSL連接（支持PPPoE協(xié)議，帶PAP/CHAP驗(yàn)證），支持4個(gè)獨(dú)立端口。內(nèi)部16K字節(jié)存儲(chǔ)器進(jìn)行TX/RX緩存。3.3V工作電壓，I/O口可承受5v電壓。有6個(gè)IO口可以控制：SPI 4個(gè)口，1個(gè)復(fù)位口，1個(gè)中斷口。

2.3 溫度信號(hào)采集單元

傳統(tǒng)的溫度檢測設(shè)計(jì)使用熱敏電阻器件，利用溫度對(duì)其阻值的影響，將溫度變化的電流或電壓采集，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后將溫度顯示出來。這種A/D轉(zhuǎn)換測量溫度的電路，感溫電路復(fù)雜，測量精度較低。

本系統(tǒng)采用的溫度采集單元是DS18B20溫度傳感器，體積小、硬件開銷低、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、耐磨耐碰、使用方便、封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，因而在監(jiān)測點(diǎn)可將測得的信號(hào)數(shù)字化。因傳送的是數(shù)字信號(hào)，系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性大大提升。DS18B20采用單線傳輸，電路結(jié)構(gòu)簡單，大大減少了接線的麻煩。單片機(jī)具有擴(kuò)展性，能串接多個(gè)數(shù)字傳感器進(jìn)行溫度檢測。

2.4 YeeLink物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)

YeeLink物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)為用戶提供傳感器云服務(wù)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理， 提供安全可靠的狀態(tài)監(jiān)控。YeeLink是一個(gè)開放的通用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，主要提供傳感器數(shù)據(jù)的接入、存儲(chǔ)和展現(xiàn)服務(wù)，為所有的開源軟硬件愛好者、制造型企業(yè)提供物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目平臺(tái)，YeeLink側(cè)重于成為物聯(lián)網(wǎng)的Middleware和Enabler。

3 軟件設(shè)計(jì)

傳感器采集模塊主要用來采集環(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)，然后送入Arduino控制板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將計(jì)算出來的溫度數(shù)據(jù)由網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板W5100傳至YeeLink物聯(lián)網(wǎng)云端。軟件流程如圖2所示。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種成本低廉、可靠性高，可實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程對(duì)所在地進(jìn)行溫度監(jiān)測的方案。該方案使用Arduino UNO硬件，將DS18B20溫度傳感器采集的數(shù)字信號(hào)處理后傳至YeeLink物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)，將重點(diǎn)放在底層硬件設(shè)計(jì)和頂層應(yīng)用開發(fā)上，節(jié)約了開發(fā)成本。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）