基于樹莓派+云服務的溫濕度檢測系統設計＊

陳雪小

（廈門工學院，福建 廈門 361021）

物聯網廣泛用于智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、智能電網、智能家居、智能消防、工業監測、老人護理、個人健康等多個領域。本文基于樹莓派硬件，開發了一款智能溫濕度檢測系統，應用于高校機房，可提供超溫與低溫的報警通知服務，實現24 h自動檢測報警。例如機房中空調出現故障、溫度升高時能及時發出警告。通過對溫濕度檢測系統進行詳細的分析、研究和設計，實現了一種成本低廉、易于操作的解決方案，使高校機房更加安全、節能。

1 總體方案設計

本系統主要由樹莓派、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器、報警和數據顯示設備及云端數據處理等構成。系統方案如圖1所示。

圖1 系統方案圖

樹莓派通過豐富的外接接口連接紅外人體傳感器、GPS、溫濕度傳感器采集相關數據，并將數據上傳至云端處理，可在PC端和手機端進行監控。

2 系統硬件設計

本系統核心模塊采用樹莓派Raspberry Pi 4B。Raspbian是專門用于ARM卡片式計算機樹莓派（Raspberry Pi）的操作系統[1]。樹莓派提供40個外擴GPIO引腳、2個USB3.0接口和2個USB2.0接口、1個千兆以太網接口、支持2.4 G/5 G雙Wi-Fi等，外部接口極其豐富，而且成本低廉、性能良好。主機運行Debian系統，支持Python開發環境，為Python提供大量擴展庫，降低開發成本。樹莓派GPIO引腳如圖2（a）所示，本文所使用到的引腳情況如圖2（b）所示。

圖2 樹莓派GPIO引腳及其分配圖

2.1 溫濕度傳感器模塊

本文選用DHT11作為溫濕度傳感器，其電路圖如圖3所示。DHT11共4個引腳，分別為1-VCC、2-DATA、3-NT和4-GND，其中2個引腳接上拉電阻并與樹莓派11引腳對接進行溫濕度數據采集。LED0是溫濕度傳感器工作指示燈。

圖3 DHT11電路圖

2.2 信息顯示模塊

本文中的溫濕度采集信息通過LCD1602液晶屏顯示，LCD1602是被廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊。其與樹莓派互相通信的電路如圖4所示。其中PCF8574是一款并口擴展芯片，它與樹莓派主控芯片通過I2C接口進行通訊。SDA和SCL分別與樹莓派3腳和5腳進行對接實現信息通訊。

圖4 信息顯示電路圖

3 系統軟件設計

本文通過VNC遠程桌面控制實現在樹莓派上進行軟件開發與研究，利用Python語言進行程序編寫。該系統通過樹莓派進行溫濕度信息、人流量信息采集，并將該信息進行液晶屏顯示，同時當溫度低于或高于所設定的閾值時，系統將發出報警信息。系統選用阿里云物聯網平臺作為設備的云接入平臺，設備通過MQTT協議接入阿里云物聯網平臺，實現數據交互。圖5是本系統設計的軟件流程圖。一開始進行各個參數的初始化，將樹莓派設備接入物聯網平臺，實現數據上報。

圖5 系統軟件流程圖

4 ioT平臺云服務

樹莓派設備接入物聯網平臺，將溫度、濕度、指示燈工作狀態機報警信息上報云服務。在阿里云物聯網平臺物理型數據可查看數據，如圖6所示。

圖6 樹莓派采集信息ioT監控

圖7為濕度信息在每個時間點的具體數值，從圖中看出，在15：02時濕度較大，其他時間點的濕度保持在50%左右。

圖7 濕度信息在每個時間點的具體數值

圖8為溫度信息在每個時間點的具體數值，取1 h內的檢測值，溫度顯示將近30℃。

圖8 溫度信息在每個時間點的具體數值

5 結語

本文設計的溫濕度監控系統利用樹莓派數據采集端，在連接Wi-Fi環境后實時上傳數據到阿里云物聯網平臺。經測試，該系統采集數據準確可靠，平臺響應迅速。該方案也可復制到諸多場景，如農棚和智慧廁所等，具有一定的實用價值。