基于物联网平台的温度实时监测系统设计

基于物联网平台的温度实时监测系统设计摘要：利用开源硬件Arduino和YeeLink物联网平台设计了环境温度实时监测系统。系统通过温度传感器DS18B20实时捕获环境温度，传送至YeeLink物联网云平台，使用智能手机为操作终端，远程实时查看温度，实现通过网络实时监控环境温度功能。关键词：传感器；网络监控；温度监控；Arduino；物联网DOIDOI：10.11907/rjdk.1511572中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2016）005-0085-020引言物联网技术和产业的发展将引发新一轮信息技术革命和产业革命，是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。互联网公司3巨头百度、阿里巴巴和腾讯，2014年物联网和智能硬件布局迅速提速：2014年3月，阿里巴巴与美的合作，共建基于阿里云的物联网开放平台，实现对家用电器的连接对话和远程控制，美的也发布了首款基于阿里云的智能空调；而百度也正式开放了名为“BaiduInside”的创新智能硬件合作计划。腾讯在2014年10月启动了QQ物联智能硬件开放平台，将QQ账号体系和关系链开放给智能家居、可穿戴设备、智能车载等合作伙伴，实现用户与设备、设备与设备之间的互联互通。目前微信是离用户最近的移动入口之一，2015微信开放硬件接口，广泛吸纳第三方智能硬件团队进驻，将加速微信App打造的物联网进程。温度是和生活环境密切相关的物理量，温度的变化会给我们的工作、生活带来重大影响，温度测量及控制至关重要。传统远程监控基于PC技术，系统的部署和研究成本高，稳定性、可扩展性受到限制，搭建服务器周期长、费用高、技术难度大。通过运用物联网云服务平台，设计出一种基于物联网云服务的温度远程监控系统，使用智能手机为操作终端，通过移动网络与物联网云服务平台实时互连，移动性好、方便快捷，能远程实时查看和控制温度，自动更新远程监控系统，具可扩展性、移动性。1系统总体架构本系统由ArduinoUNO微控制器、网络传输模块W5100、YEELINK云服务器等部分组成。系统主要实现温度数据的采集、分析、显示和上传功能。通过DS18B20传感器获取数据传至ArduinoUNO板，再经过W5100网络扩展模块，上传至yeelink物联网平台。使用智能手机为操作终端，通过移动网络与物联网云服务平台互连，远程实时查看温度，实现对温度的远程监测和处理。2系统硬件设计2.1ArduinoUNOArduino是开源软硬件开发平台，包含各种型号的硬件板和IDE软件。此开源硬件通过连接各种传感器检测环境参数，通过运行软件控制舵机、步进电机等输出装置来控制外界环境。硬件板上的微控制器通过Arduino的专用编程语言来编写程序，这种语言是建立在C/C++基础上的，把AVR单片机（微控制器）相关参数设置都函数化。2.2W5100网络扩展板ArduinoW5100网络扩展模块，可以使Arduino成为简单的Web服务器，或者通过网络控制读写Arduino的数字和模拟接口等网络应用，可直接使用IDE中的Ethernet库文件便可实现一个简单Web服务器。该版本支持miniSD卡（TF卡）读写，该扩展板采用了可堆叠的设计，可直接插到Arduino上，其它扩展板也可插上去。ArduinoW5100网络扩展模块支持全硬件TCP/IP协议：TCP、UDP、ICMP、IPv4ARP、IGMP、PPPoE、Ethernet。内嵌10BaseT/100BaseTX以太网物理层。支持自动应答（全双工/半双工模式），支持自动MDI/MDIX，支持ADSL连接（支持PPPoE协议，带PAP/CHAP验证），支持4个独立端口。内部16K字节存储器进行TX/RX缓存。3.3V工作电压，I/O口可承受5v电压。有6个IO口可以控制：SPI4个口，1个复位口，1个中断口。2.3温度信号采集单元传统的温度检测设计使用热敏电阻器件，利用温度对其阻值的影响，将温度变化的电流或电压采集，进行A/D转换后将温度显示出来。这种A/D转换测量温度的电路，感温电路复杂，测量精度较低。本系统采用的温度采集单元是DS18B20温度传感器，体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高、耐磨耐碰、使用方便、封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。其内部集成了A/D转换器，因而在监测点可将测得的信号数字化。因传送的是数字信号，系统的抗干扰性和可靠性大大提升。DS18B20采用单线传输，电路结构简单，大大减少了接线的麻烦。单片机具有扩展性，能串接多个数字传感器进行温度检测。2.4YeeLink物联网云服务平台YeeLink物联网云服务平台为用户提供传感器云服务，通过实时数据处理，提供安全可靠的状态监控。YeeLink是一个开放的通用物联网平台，主要提供传感器数据的接入、存储和展现服务，为所有的开源软硬件爱好者、制造型企业提供物联网项目平台，YeeLink侧重于成为物联网的Middleware和Enabler。3软件设计传感器采集模块主要用来采集环境中的温度数据，然后送入Arduino控制板进行数据处理，将计算出来的温度数据由网络扩展板W5100传至YeeLink物联网云端。软件流程如图2所示。4结语本文设计了一种成本低廉、可靠性高，可实时、远程对所在地进行温度监测的方案。该方案使用ArduinoUNO硬件，将DS18B20温度传感器采集的数字信号处理后传至YeeLink物联网平台，实现对温度的远程监控。系统借助物联网开放平台，将重点放在底层硬件设计和顶层应用开发上，节约了开发成本。参考文献：[1]程晨.Arduino开发实战指南[M].北京：机械工业出版社，2012.[2]C程序设计教程[M].北京：清华大学出版社，2010.[3]SIMONMONK，张宝玲.基于Arduino的趣味电子制作[M].北京：科学出版社，2011.[4]蔡睿妍.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程，2012（2）：154-156.[5]袁本华，董铮.基于Arduino控制板的温室大棚测温系统设计[J].安徽农业科学，2012，40（8）：26-29.[6]刘潇潇.国内外设施环境监控技术研究现状[N].中国花卉报，2009-03-05.（责任编辑：杜能钢）