基于WiFi的智能楼宇温度监测系统的设计

江帅 黄轩 李西

摘要：由于传统的智能楼宇温度监测系统可扩展性不是很好，并且无线采集终端成本较高等缺点，本文提出一种基于WiFi的无线楼宇温度监测系统，通过DHT11-温湿度传感器实时采集环境温度和工作设备的状态，传送给单片机进行处理，同时利用ESP8266-12网络传给手机APP显示，达到用户可通过手机对温度实现实时监测的目的。本设计具有远程异地控制，实时温度监测的功能。

关键词：温度控制;WiFi网络; 智能楼宇;单片机

中图分类号  TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）23-0250-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

远程控制居所中的各个设备，已成为现今家具发展的大潮流，家中各个设备通过物联网的方式連接到住户的移动设备的客户端进行实时操控，是便捷现代生活的一种重要方式。中国的建筑与地产业在陷入了几次低潮后，通过效仿发达国家新型的智能化楼宇，也有了崛起的势头，如今，智能化、互联网等技术与建筑相结合，必将成为了中国科技发展的又一新高度。

温度的监测与控制在日常生活中十分常见，比如家中的空调，电冰箱，烧水壶等等都需要对温度的监测与控制。而以往对温度的控制都是人工来实现的，这里面有安全隐患而且效率不是很高。为了实现人们对所在场所温度的实时监测及可控，方便人们的生活、工业的生产以及科学事业的研究，设计一款实用性强，操作方便的智能楼宇温控系统是非常有必要的。近几年基于单片机的温度控制系统被很多学者提出，可以实现对温度的智能控制[1]，但不能远程监测。本文提出的基于WiFi的楼宇温度控制系统就是提供便捷与远程控制温度舒适度的一种解决方案，通过手机、WiFi和单片机远程实时获取温度信息，不仅一举两得，而且操作方便，同时也赶上了当今社会家具智能化的大潮流。

2 智能楼宇温度控制系统设计方案

智能楼宇温度控制系统最主要的目的是使智能楼宇温度监测系统能用于现在的办公大楼，实现局域监测，故本设计应具备以下功能：

（1） 能够实时监测室内设备温度;

（2） 能够对采集到的温度数据进行处理及显示;

（3） 用户可以通过手机等智能设备远程监测室内设备当前温度。

根据以上要求设计的系统框图如图1所示，DTH11温湿度传感器将实时温湿度数据反映给STC89C51单片机处理，同时可将当前温湿度显示出来，再通过ESP8266-12联网反馈给用户的移动设备，在移动设备的客户端上，用户即可了解楼宇的实时环境情况。以上，即可达到远程监测温度与控制的目的。

由于此设计属于物联网范畴，是新兴产业，选择的硬件需要跟上硬件更新发展，采用的硬件需要有足够的发展空间，还需要有强大的功能达到所需的目的，同时又要满足低成本与方便操作的原则，故选用ESP8266-12WiFi模块、DTH11温湿度传感器和主控件STC89C51单片机充当该系统的核心角色。

3 系统硬件设计

3.1 温湿度采集模块

DHT11数字温湿度传感器它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它的稳定性和可靠性非常好，并与一个8位的高性能单片机相连接，采用单线制的串行接口，使系统集成的功耗降低，而且更加简单和快速，作为一个数字温湿度传感器DHT11具有响应快速、抗干扰强、性价比高等优点[2]。它的湿度测量范围为20%～90%RH;湿度测量精度为±5%RH[1]，度测量范围在0到50 ℃之间，在3.3V-5V电压之间工作，典型的应用电路如图2所示。

3.2 LCD1602显示模块

显示模块采用的是常见的LCD1602液晶屏，它可以同时显示由两行16列字符[3]，在电路中一般加一个滑动变阻器来调节它的背光亮度以适应在不同的光线下来显示，它可以显示、数字、字母等字符，十分方便在生活中的使用[4]。显示模块电路设计如图3。

3.3 无线WIFI模块

对于WiFi模块的选择，是比较单一的，市面上常见并且容易买到的是ESP8266系列，这款WiFi模块芯片随着发展也改进了很多代，功能很是强大，此次选用ESP8266-12WiFi模块，是现在市场上常见的一款芯片，由于其内置32位的微处理器，也可当作应用处理器使用，相比于普通家里常见的WiFi路由器不同，ESP8266-12支持电池供电，其低功耗的特性，对于此系统有很大帮助，因为需要接收与发射信号，可以说是整个系统中耗能较多的元件了，但是低功耗解决了这一问题。

ESP8266-12是基于UART（通用异步收发传输器）接口的WIFI无线网络模块，能够实现用户串口数据到无线网络之间的交换[5]。这款WiFi模块是使用ASCII码（美国信息交换标准代码）与互联网进行通讯的，此次选用的是该型号较为先进的“12”型号，作为一款使用普遍的远程通讯模块这个模块可以利用UART接口与STC89C51单片机相结合，将ASCII码产生的中断传输给STC89C51单片机。 此WIFI模块可以通过终端像普通路由器一样设置和修改密码，也可以通过配置软件进行修改和设置，有比较不错的安全性能，其结构如图4所示。

4 系统软件设计

软件设计首要包含温湿度数据收集模块和WIFI模块这两部分，单总线传输模式是数据采集常用的模式，通过DHT11（温湿度传感器）与单片机进行通信和同步，通信一次时间是4毫秒左右，传输的数据分为小数部分和整数部分这两部分，数据的完整传输是每次40位，传输的过程中是高位先出来的。

数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据， 8bit温度整数数据+8bit温度小数数据，+ 8bit校验和单片机发出启动信号后，DHT11从低功耗模式变为高速模式，当开始信号结束时，DHT11发送收集的数据，用户可以选择读取所需的数据，WIFI模块采用ESP8266芯片，这是一款超低功耗的UART-WiFi透明传输模块，它可以将用户的物理设备连接到无线网络进行互联网本地通信，它和单片机的毗连体例非常简略，单片机对其控制也相对于简略。本系统中用的是SoftAP+Station模式，可以经由过程与手机直连到达局域监测。