基于WiFi的智能樓宇溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

江帥 黃軒 李西

摘要：由于傳統(tǒng)的智能樓宇溫度監(jiān)測系統(tǒng)可擴展性不是很好，并且無線采集終端成本較高等缺點，本文提出一種基于WiFi的無線樓宇溫度監(jiān)測系統(tǒng)，通過DHT11-溫濕度傳感器實時采集環(huán)境溫度和工作設(shè)備的狀態(tài)，傳送給單片機進行處理，同時利用ESP8266-12網(wǎng)絡(luò)傳給手機APP顯示，達到用戶可通過手機對溫度實現(xiàn)實時監(jiān)測的目的。本設(shè)計具有遠程異地控制，實時溫度監(jiān)測的功能。

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

中圖分類號? TP311 ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）23-0250-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 引言

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

溫度的監(jiān)測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溫度的監(jiān)測與控制。而以往對溫度的控制都是人工來實現(xiàn)的，這里面有安全隱患而且效率不是很高。為了實現(xiàn)人們對所在場所溫度的實時監(jiān)測及可控，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)計一款實用性強，操作方便的智能樓宇溫控系統(tǒng)是非常有必要的。近幾年基于單片機的溫度控制系統(tǒng)被很多學(xué)者提出，可以實現(xiàn)對溫度的智能控制[1]，但不能遠程監(jiān)測。本文提出的基于WiFi的樓宇溫度控制系統(tǒng)就是提供便捷與遠程控制溫度舒適度的一種解決方案，通過手機、WiFi和單片機遠程實時獲取溫度信息，不僅一舉兩得，而且操作方便，同時也趕上了當(dāng)今社會家具智能化的大潮流。

2 智能樓宇溫度控制系統(tǒng)設(shè)計方案

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)測系統(tǒng)能用于現(xiàn)在的辦公大樓，實現(xiàn)局域監(jiān)測，故本設(shè)計應(yīng)具備以下功能：

（1） 能夠?qū)崟r監(jiān)測室內(nèi)設(shè)備溫度;

（2） 能夠?qū)Σ杉降臏囟葦?shù)據(jù)進行處理及顯示;

（3） 用戶可以通過手機等智能設(shè)備遠程監(jiān)測室內(nèi)設(shè)備當(dāng)前溫度。

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

由于此設(shè)計屬于物聯(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，還需要有強大的功能達到所需的目的，同時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單片機充當(dāng)該系統(tǒng)的核心角色。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

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8位的高性能單片機相連接，采用單線制的串行接口，使系統(tǒng)集成的功耗降低，而且更加簡單和快速，作為一個數(shù)字溫濕度傳感器DHT11具有響應(yīng)快速、抗干擾強、性價比高等優(yōu)點[2]。它的濕度測量范圍為20%～90%RH;濕度測量精度為±5%RH[1]，度測量范圍在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，它可以同時顯示由兩行16列字符[3]，在電路中一般加一個滑動變阻器來調(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)計如圖3。

3.3 無線WIFI模塊

對于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)展也改進了很多代，功能很是強大，此次選用ESP8266-12WiFi模塊，是現(xiàn)在市場上常見的一款芯片，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，對于此系統(tǒng)有很大幫助，因為需要接收與發(fā)射信號，可以說是整個系統(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（美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼）與互聯(lián)網(wǎng)進行通訊的，此次選用的是該型號較為先進的“12”型號，作為一款使用普遍的遠程通訊模塊這個模塊可以利用UART接口與STC89C51單片機相結(jié)合，將ASCII碼產(chǎn)生的中斷傳輸給STC89C51單片機。 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行修改和設(shè)置，有比較不錯的安全性能，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計首要包含溫濕度數(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）與單片機進行通信和同步，通信一次時間是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校驗和單片機發(fā)出啟動信號后，DHT11從低功耗模式變?yōu)楦咚倌Ｊ剑?dāng)開始信號結(jié)束時，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)進行互聯(lián)網(wǎng)本地通信，它和單片機的毗連體例非常簡略，單片機對其控制也相對于簡略。本系統(tǒng)中用的是SoftAP+Station模式，可以經(jīng)由過程與手機直連到達局域監(jiān)測。