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ESP8266实现的空气温湿度监测系统

一、课题研究意义、现状及应用分析

智能家居作为物联技术在居住环境中的综合体现, 现今已被越来越多的中国消费者所接受。环境监测作为其中的一项重要组成部分, 通常会通过各种传感器对空气温度、湿度、燃气浓度、火焰探测等项目进行监测。其中空气温湿度的智能检测常作为附加功能应用于空调、加湿器、除湿器等家电, 需要启动体量较大的家电才能实现检测, 成本较高；而传统的简易物理温湿度测量仪不具备远程实时显示的功能, 便捷性较低。

本文设计提出的基于ESP8266的空气温湿度检测系统, 具有通过远程实时显示空气温湿度讯息的功能, 具备系统结构简易、硬件连接简单、网页制作便捷、成本较低等优点。

二、课题总体方案设计及功能模块

（一）课题总体方案设计

本系统由检测对象、温湿度传感器、ESP8266开发板、web端、蜂鸣器等部分构成。检测对象为空气温湿度信息；传感器把在空气中获取的温湿度信息转变为电信号输出至ESP8266开发板；开发板首先将接收到的空气温湿度信息进行数据处理, 通过比特与数值的换算公式，输出可直接读取的温湿度数字和符号信息，例如“32℃ 78%”；然后开发板通过wifi与web端相连接, web端接收并实时显示开发板输出的温湿度信息；最后将温湿度信息数据与设定的阀值进行对比，实现高温报警。

（二）功能模块

三、系统硬件平台及接口设计

 （一）系统硬件平台

1、ESP8266 MCU 开发板

ESP8266作为一款WIFI网络通信模块，能够实现数据的网络传输，具有运行稳定、价格便宜等特点，该模块不仅能独立运行、也可作为子模块搭载于其他控制器运行。ESP8266支持AP/STA/AP+STA三种工作模式，这里选择STA工作方式，将 ESP8266 作为站点连接到由接入点建立的 WiFi 网络。

2、DHT11数字温湿度传感器

DHT11 数字温湿度传感器，包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。该产品精度高、可靠性好、响应快、稳定性强、抗干扰能力强、性价比极高并且连接方便。

3、0955无源蜂鸣器

0955无源蜂鸣器内部不带震荡源，直接用直流信号无法令其鸣叫。必须使用2K-5K的波形脉冲信号才能驱动它。

4、电源模块

电源信号由USB接口提供，目的是方便提供电源的来源和可靠性。

（二）接口设计

 四、系统软件功能设计，程序流程图及代码实现

（一）系统软件功能设计

用HTML标签、CSS、JavaScript等语言，制作一款简单实用的web端实时温湿度显示界面，调用API接口，将传感器获取的温湿度信息传送到显示界面。

（二）程序流程图

（三）代码实现

 1、硬件代码（Arduino C）

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include "DHT.h"

// Uncomment one of the lines below for whatever DHT sensor type you're using!
#define DHTTYPE DHT11   // DHT 11
#define frequency 300   //无源蜂鸣器频率设为300
#define PIN_BEEP 15     // 无源蜂鸣器接ESP8266引脚D8(GPIO15)

/*Put your SSID & Password*/
const char* ssid = "Xiaomi 12X";  // Enter SSID here
const char* password = "12345678";  //Enter Password here
ESP8266WebServer server(80);

// DHT Sensor
uint8_t DHTPin = D4; 
               
// Initialize DHT sensor.
DHT dht(DHTPin, DHTTYPE);                
float Temperature;
float Humidity;
 
void setup() 
{
  Serial.begin(115200);
  delay(100);
  pinMode(PIN_BEEP, OUTPUT); 
  pinMode(DHTPin, INPUT);

  dht.begin();              

  Serial.println("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

  //connect to your local wi-fi network
  WiFi.begin(ssid, password);

  //check wi-fi is connected to wi-fi network
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) 
  {
    delay(1000);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected..!");
  Serial.print("Got IP: ");  
  Serial.println(WiFi.localIP());
  server.on("/", handle_OnConnect);
  server.onNotFound(handle_NotFound);
  server.begin();
  Serial.println("HTTP server started");
}
void loop() 
{
  server.handleClient();
}

void handle_OnConnect() 
{
  Temperature = dht.readTemperature(); // Gets the values of the temperature
  Humidity = dht.readHumidity(); // Gets the values of the humidity 
  server.send(200, "text/html", SendHTML(Temperature,Humidity)); 
}

void handle_NotFound()  
{
  server.send(404, "text/plain", "Not found");
}

String SendHTML(float Temperaturestat,float Humiditystat){
  String ptr = "<!DOCTYPE html> <html lang=\"en\">";
  
  ptr += "<head>";
  ptr += "<meta charset=\"UTF-8\">";
  ptr += "<meta http-equiv=\"X-UA-Compatible\" content=\"IE=edge\">";
  ptr += "<meta http-equiv=\"refresh\" content=\"1\">";
  ptr += "<meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width,  initial-scale=1.0\">";
  ptr += "<title>智能检测</title>";
  ptr += "<style>";
  ptr += "#webpage{background-color: rgb(239, 227, 227)}";
  ptr += ".main_1{border-radius: 15px; margin: 60px; text-align: center}"; // 圆角长方体
  ptr += ".font_1{color: rgb(255, 255, 255); text-align: center; margin: 7px}"; // 文本框
  ptr += ".foot_2{font-size: 25px; width: 300px; height: 70px; margin: 80px auto; text-align: center; line-height: 70px; padding: 15px;}";
  ptr += "</style>";
  ptr += "</head>";
  
  ptr += "<body style=\"background-color:rgb(239, 227, 227); background-size: 100%;\">";
  
  //文本“室内温室检测系统”
  ptr += "<div id=\"webpage\" style=\"height: 100px; margin: auto;\">";
  ptr += "<h1 style=\"text-align: center; line-height: 100px; color: rgb(7, 12, 7); font-size: 80px;\">客房温湿度检测</h1>\n";
  ptr += "</div>";
  
  //文本“室内温度”
  ptr += "<div class=\"main_1\" style=\"width:430px; height: 450px;float: left; padding: 15px; background-color: rgb(62, 109, 95);\">\n";
  ptr += "<h2 class=\"font_1\" style=\"text-align: center; line-height: 120px; font-size: 80px; margin: 50px;\">室内温度</h2>\n";
  ptr += "<h2 class=\"font_1\" style=\"font-size: 80px; line-height: 150px;\">";
  ptr += (int)Temperaturestat;
  ptr += "°C </h2>\n";
  ptr += "</div>";
  
  //文本“室内湿度”
  ptr += "<div class=\"main_1\" style=\"width:430px; height: 450px;float: right; padding: 15px; background-color: rgb(124, 85, 59);\">\n";
  ptr += "<h2 class=\"font_1\" style=\"text-align: center; line-height: 120px; font-size: 80px; margin: 50px;\">室内湿度</h2>\n";
  ptr += "<h2 class=\"font_1\" style=\"font-size: 80px; line-height: 150px;\">";
  ptr += (int)Humiditystat;
  ptr += "% </h2>\n";
  ptr += "</div>";

  //定义温度变量，并且赋值，用于逻辑判断。
  int wd = Temperaturestat ;
  int i =0;
     
  if (wd>=30)
  {
    ptr += "<div class=\"foot_2\"> 天气炎热，注意防暑 </div>";
    for(i=0;i<3;i++)
    {
      tone(PIN_BEEP, frequency);  //打开蜂鸣器
      delay(300);
      noTone(PIN_BEEP);  //关闭蜂鸣器 
    } 
  }
  if (29>=wd && wd>20)
  {
    ptr += "<div class=\"foot_2\"> 天气晴朗，适合玩耍 </div>";
  }
  if (wd<10)
  {
    ptr += "<div class=\"foot_2\"> 天气酷寒，注意保暖 </div>";
  }

   ptr +="</body>\n";
   ptr +="</html>\n";
   return ptr;
}

2、web端代码

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>监控系统</title>
    <style>
        * {
            margin: 0;
            padding: 0;
        }
        
        body {
            width: 100%;
            background-color: rgb(232, 232, 168);
            margin: 0;
            padding: 0;
            font-family: "montserrat";
            background-image: linear-gradient(125deg, rgb(232, 232, 168), rgb(188, 152, 210), #c2e9fb, #C2FFD8);
            background-size: 400%;
            animation: bganimation 15s infinite;
        }
        
        @keyframes bganimation {
            0% {
                background-position: 0% 50%;
            }
            50% {
                background-position: 100% 50%;
            }
            100% {
                background-position: 0% 50%;
            }
        }
        
        .box .header {
            width: 500px;
            margin: 50px auto;
            padding: 50px;
        }
        
        .header h1 {
            text-align: center;
            border-radius: 25%;
            background-color: rgb(215, 226, 179);
            line-height: 100px;
        }
        
        .center ul {
            display: flex;
            justify-content: space-around;
            list-style: none;
        }
        
        .center ul li {
            width: 150px;
            height: 80px;
            text-align: center;
            line-height: 80px;
            background-color: antiquewhite;
        }
        
        .center ul li a {
            display: block;
            width: 100%;
            height: 100%;
        }
        
        .center ul li:hover {
            background-color: #c2e9fb;
            box-shadow: 10px 10px 5px grey;
        }
        
        .times {
            width: 300px;
            height: 50px;
            text-align: center;
            line-height: 50px;
            border-radius: 50px;
            padding: 0 auto;
            margin: 100px auto;
            background-color: rgb(232, 232, 168);
            background-color: rgb(254, 254, 254);
        }
        
        .foot {
            font-size: 20px;
            width: 300px;
            height: 70px;
            margin: 80px auto;
            text-align: center;
            line-height: 70px;
            padding: 15px;
        }
    </style>
</head>

<body>
    <div class="box">
        <div class="header">
            <h1>室内温室检测系统</h1>
        </div>
        <div class="center">
            <ul>
                <li><a href="http://192.168.205.49" style="text-decoration: none;">主人房</a></li>
                <li><a href="http://192.168.205.32" style="text-decoration: none;">客房</a></li>
            </ul>
        </div>
        <div class="times"></div>
        <div class="foot">
            开发人员：伍家麒、邱宝滢
        </div>
    </div>
</body>
<script>
    const times = document.querySelector('.times')

    function getDate() {
        const date = new Date()
        let h = date.getHours()
        let m = date.getMinutes()
        let s = date.getSeconds()
        h = h < 10 ? '0' + h : h
        m = m < 10 ? '0' + m : m
        s = s < 10 ? '0' + s : s
        times.innerHTML = `时间：${date.getFullYear()}-${date.getMonth() + 1}-${date.getDate()}  ${h}:${m}:${s}`
    }
    getDate()
    setInterval(getDate, 1000)
</script>
</html>

五、 实验测试、结果分析

室内温湿度检测系统设计完成后，对其功能进行测试。当手动握住温湿度传感器时，温度处于报警区间。在此过程中，通过wifi与web端连接，将数据实时传送到web界面，当数据改变时，web界面呈现的数据发生改变。经过以上测试，说明系统正常运行并满足其设计要求。实验结果图如下：

六、总结、心得体会

本系统以ESP 8266为核心部件的控制系统，利用web编程，最终基本上实现了各项要求。虽然系统还存在一些不足，不过大体能反映出设计的目的和要求，与理论计算的结果相进。空气质量检测系统已成为21世纪热门研究话题之一，无论是从生产还是生活方面，与人类都是息息相关的，而智能化的控制温湿度已经发展成为一种必然。

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