基于物聯網平臺的溫度實時監測系統設計

陳宇軒 余紅珍 楊佳欣 李思

摘要：利用開源硬件Arduino和YeeLink物聯網平臺設計了環境溫度實時監測系統。系統通過溫度傳感器DS18B20實時捕獲環境溫度，傳送至YeeLink物聯網云平臺，使用智能手機為操作終端，遠程實時查看溫度，實現通過網絡實時監控環境溫度功能。

關鍵詞：傳感器；網絡監控；溫度監控；Arduino；物聯網

DOIDOI：10.11907/rjdk.1511572

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）005-0085-02

0 引言

物聯網技術和產業的發展將引發新一輪信息技術革命和產業革命，是信息產業領域未來競爭的制高點和產業升級的核心驅動力。

互聯網公司3巨頭百度、阿里巴巴和騰訊，2014年物聯網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網開放平臺，實現對家用電器的連接對話和遠程控制，美的也發布了首款基于阿里云的智能空調；而百度也正式開放了名為“BaiduInside”的創新智能硬件合作計劃。騰訊在2014年10月啟動了QQ物聯智能硬件開放平臺，將QQ賬號體系和關系鏈開放給智能家居、可穿戴設備、智能車載等合作伙伴，實現用戶與設備、設備與設備之間的互聯互通。目前微信是離用戶最近的移動入口之一，2015微信開放硬件接口，廣泛吸納第三方智能硬件團隊進駐，將加速微信App打造的物聯網進程。

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

傳統遠程監控基于PC技術，系統的部署和研究成本高，穩定性、可擴展性受到限制，搭建服務器周期長、費用高、技術難度大。通過運用物聯網云服務平臺，設計出一種基于物聯網云服務的溫度遠程監控系統，使用智能手機為操作終端，通過移動網絡與物聯網云服務平臺實時互連，移動性好、方便快捷，能遠程實時查看和控制溫度，自動更新遠程監控系統，具可擴展性、移動性。

1 系統總體架構

本系統由Arduino UNO微控制器、網絡傳輸模塊W5100、YEELINK云服務器等部分組成。系統主要實現溫度數據的采集、分析、顯示和上傳功能。通過DS18B20傳感器獲取數據傳至Arduino UNO板，再經過W5100網絡擴展模塊，上傳至yeelink物聯網平臺。使用智能手機為操作終端，通過移動網絡與物聯網云服務平臺互連，遠程實時查看溫度，實現對溫度的遠程監測和處理。

2 系統硬件設計

2.1 Arduino UNO

Arduino 是開源軟硬件開發平臺，包含各種型號的硬件板和IDE軟件。此開源硬件通過連接各種傳感器檢測環境參數，通過運行軟件控制舵機、步進電機等輸出裝置來控制外界環境。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++基礎上的，把AVR單片機（微控制器）相關參數設置都函數化。

2.2 W5100網絡擴展板

Arduino W5100網絡擴展模塊，可以使Arduino成為簡單的Web服務器，或者通過網絡控制讀寫Arduino的數字和模擬接口等網絡應用，可直接使用IDE中的Ethernet庫文件便可實現一個簡單Web服務器。該版本支持mini SD卡（TF卡）讀寫，該擴展板采用了可堆疊的設計，可直接插到Arduino上，其它擴展板也可插上去。

Arduino W5100網絡擴展模塊支持全硬件TCP/IP協議：TCP、 UDP、 ICMP、 IPv4 ARP、 IGMP、 PPPoE、 Ethernet。 內嵌10BaseT/100BaseTX以太網物理層。支持自動應答（全雙工/半雙工模式），支持自動MDI/MDIX，支持ADSL連接（支持PPPoE協議，帶PAP/CHAP驗證），支持4個獨立端口。內部16K字節存儲器進行TX/RX緩存。3.3V工作電壓，I/O口可承受5v電壓。有6個IO口可以控制：SPI 4個口，1個復位口，1個中斷口。

2.3 溫度信號采集單元

傳統的溫度檢測設計使用熱敏電阻器件，利用溫度對其阻值的影響，將溫度變化的電流或電壓采集，進行A/D轉換后將溫度顯示出來。這種A/D轉換測量溫度的電路，感溫電路復雜，測量精度較低。

本系統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、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備數字測溫和控制領域。其內部集成了A/D轉換器，因而在監測點可將測得的信號數字化。因傳送的是數字信號，系統的抗干擾性和可靠性大大提升。DS18B20采用單線傳輸，電路結構簡單，大大減少了接線的麻煩。單片機具有擴展性，能串接多個數字傳感器進行溫度檢測。

2.4 YeeLink物聯網云服務平臺

YeeLink物聯網云服務平臺為用戶提供傳感器云服務，通過實時數據處理， 提供安全可靠的狀態監控。YeeLink是一個開放的通用物聯網平臺，主要提供傳感器數據的接入、存儲和展現服務，為所有的開源軟硬件愛好者、制造型企業提供物聯網項目平臺，YeeLink側重于成為物聯網的Middleware和Enabler。

3 軟件設計

傳感器采集模塊主要用來采集環境中的溫度數據，然后送入Arduino控制板進行數據處理，將計算出來的溫度數據由網絡擴展板W5100傳至YeeLink物聯網云端。軟件流程如圖2所示。

4 結語

本文設計了一種成本低廉、可靠性高，可實時、遠程對所在地進行溫度監測的方案。該方案使用Arduino UNO硬件，將DS18B20溫度傳感器采集的數字信號處理后傳至YeeLink物聯網平臺，實現對溫度的遠程監控。系統借助物聯網開放平臺，將重點放在底層硬件設計和頂層應用開發上，節約了開發成本。

參考文獻：

[1]程晨.Arduino開發實戰指南[M].北京：機械工業出版社，2012.

[2]C程序設計教程[M].北京：清華大學出版社，2010.

[3]SIMON MONK，張寶玲.基于Arduino的趣味電子制作[M].北京：科學出版社，2011 .

[4]蔡睿妍.Arduino的原理及應用[J].電子設計工程，2012（2）：154-156.

[5]袁本華，董錚.基于Arduino控制板的溫室大棚測溫系統設計[J].安徽農業科學，2012，40（8）：26-29.

[6]劉瀟瀟. 國內外設施環境監控技術研究現狀[N]. 中國花卉報，2009-03-05.

（責任編輯：杜能鋼）