基于TLink平臺(tái)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

引 言

如今，人們對(duì)生活品質(zhì)有著更高的要求，更加關(guān)注家居環(huán)境對(duì)個(gè)人健康的影響。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展下，智能家居應(yīng)運(yùn)而生，家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為智能家居的重要組成部分， 可為用戶提供安全、舒適、便捷的生活方式。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到家居環(huán)境檢測(cè)中，對(duì)構(gòu)建智能家居系統(tǒng)和提高人們生活環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。人們對(duì)家居生活環(huán)境中的溫濕度尤為敏感，這時(shí)就需要實(shí)時(shí)實(shí)地監(jiān)測(cè)生活環(huán)境中的溫濕度。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和微信公眾平臺(tái)建立了家庭環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 能有效檢測(cè)家庭環(huán)境中溫度和濕度的變化，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由節(jié)點(diǎn)收集并進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。微信用戶關(guān)注系統(tǒng)微信公眾賬號(hào)，可以接入監(jiān)控點(diǎn)的家庭環(huán)境，收集溫濕度數(shù)據(jù)?；赥Link 平臺(tái)的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家居環(huán)境溫濕度，甚至每分鐘都會(huì)給出用戶家居環(huán)境的溫濕度數(shù)值，使用戶完全掌握家中溫濕度的變化情況并做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖 1 所示，開源硬件Arduino 控制器作為系統(tǒng)控制的核心使用，配合W5200 以太網(wǎng)控制器模塊以及DHT22 溫濕度傳感器模塊實(shí)現(xiàn)整個(gè)硬件系統(tǒng)的搭建。整個(gè)硬件系統(tǒng)和 TLink 平臺(tái)提供東西傳感器平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)以太網(wǎng)通信，環(huán)境溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警事件觸發(fā)的推送。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 Arduino核心控制器

Arduino 是一款容易學(xué)習(xí)上手的開源電子原型平臺(tái)，主要包括硬件和軟件兩部分 [1]。其硬件系統(tǒng)是高度模塊化的，通過(guò)USB 接口與計(jì)算機(jī)連接，包括 14 通道數(shù)字I/O，其中包括6 通道 PWM 輸出，6 通道 10 位 ADC 模擬 I/O，可用USB 提供 5 V 工作電源[2]。Arduino 的硬件與軟件都遵守開源許可， 任何一個(gè)人無(wú)需授權(quán)即可無(wú)限制地獲得軟件代碼、電路原理設(shè)計(jì)圖。根據(jù)開源設(shè)計(jì)，任何人都可以定制裁剪出符合需求的設(shè)計(jì)[3]。

2.2 以太網(wǎng)控制器模塊

相對(duì)傳統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)裝置，本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)數(shù)據(jù)已網(wǎng)絡(luò)化，即可以在線查看生活環(huán)境的溫度、濕度。以太網(wǎng)控制器采用W5200以太網(wǎng)控制器，它是一種多功能網(wǎng)絡(luò)接口芯片， 擁有 10個(gè) 10/100 Mb/s以太網(wǎng)控制器，可用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)[4,5]。系統(tǒng)中使用 W5200，其可以在沒(méi)有嵌入式操作系統(tǒng)支持的情況下與互聯(lián)網(wǎng)連接。在內(nèi)部集成了全硬件的 TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層（MAC） 和物理層（PHY）協(xié)議 [6，7]。使用W5200模塊不需明白以太網(wǎng)控制的具體細(xì)節(jié)，只需要知道如何使用給出的編程接口即可。

2.3 溫濕度采集模塊

為了獲得更精確的溫度和濕度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用數(shù)字信號(hào)輸出溫度、濕度已校準(zhǔn)的 DHT22 數(shù)字溫濕度傳感器。它采用專用的數(shù)字采集技術(shù)和溫度、濕度傳感器技術(shù)，保障產(chǎn)品擁有高可靠性以及優(yōu)秀的穩(wěn)定性[8]。濕度測(cè)量范圍0 ～100%RH， 精度±2%RH ；溫度測(cè)量范圍－ 40 ～125 ℃，精度±0.5 ℃。單線制串行接口，系統(tǒng)集成簡(jiǎn)易快捷 [9，10]。DHT22 具備小體積、低功耗、快響應(yīng)、高性價(jià)比等特點(diǎn)，可進(jìn)行長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸，非常適合分布式應(yīng)用。

3 具體實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)工作流程

本系統(tǒng)主要包括監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器、客戶端，三者之間通過(guò)無(wú)線路由器連接。系統(tǒng)工作流程如圖 2 所示。

3.2 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)工作流程

監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)采用 Arduino UNO R3 開發(fā)板，接有W5200 以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊，DHT22 溫濕度傳感器?？蓪?shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)從DHT22 傳感器中讀取當(dāng)前環(huán)境溫濕度的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到TLink 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)的功能。

監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)溫濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步判斷，在參照家庭環(huán)境適宜溫濕度情況下，從而獲得家庭環(huán)境溫濕度描述和評(píng)估，根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果做出相應(yīng)的判斷和估計(jì)（如開空調(diào)等），監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作流程如圖 3 所示。

3.3 服務(wù)器端工作流程

服務(wù)器端為 TLink 物聯(lián)平臺(tái)服務(wù)器，TLink 平臺(tái)將監(jiān)測(cè)節(jié) 點(diǎn)傳感器所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、 濕度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這樣，無(wú)論是在家里、辦公室還是出差， 用戶都可輕松了解家里的溫濕度條件，其工作流程如圖4所示。

3.4 微信與TLink

TLink 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)支持多種連接協(xié)議，輕松連接工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、環(huán)境等各類傳感器，搭建實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。支持通 用 API 接口，提供一個(gè)迅速實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的平臺(tái)。

微信公眾號(hào)平臺(tái)是為微信用戶提供資訊和服務(wù)的平臺(tái)， 開發(fā)者在公眾號(hào)平臺(tái)中建立公眾號(hào)、獲得接口權(quán)限，通過(guò)平臺(tái)提供的開發(fā)接口進(jìn)行微信與TLink 平臺(tái)對(duì)接服務(wù)[11]。

TLink 物聯(lián)平臺(tái)服務(wù)器保存著從本地上傳的數(shù)據(jù)，等待微信公眾平臺(tái)訪問(wèn)。微信溫濕度顯示如圖 5 所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)和微信公眾號(hào)平臺(tái)結(jié)合的模式，實(shí)現(xiàn)了家居環(huán)境中溫濕度的監(jiān)測(cè)，授權(quán)用戶可以通過(guò)微信遠(yuǎn)程訪問(wèn)。用戶操作簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)的成本低，安裝和維護(hù)簡(jiǎn)單，用戶可以監(jiān)測(cè)房間內(nèi)各區(qū)域的溫度和濕度。同時(shí)也可方便地為其它有需求的家庭用戶提供數(shù)據(jù)參考。