义教信息科技 基于行空板K10的博物馆环境监测物联系统
本帖最后由 豆爸 于 2025-2-21 06:44 编辑## 义教信息科技课程 物联网实践与探索 第21 课文物保护新手段——基于行空板K10的博物馆环境监测物联系统
## 项目来源
本节课源自《义务教育信息科技教学指南》八年级 “物联网实践与探索” 中的第21 课文物保护新手段。
结合《义务教育信息科技教学指南》课程中对博物馆环境监测系统实践要求，我们利用行空板K10、空气质量传感器、加湿器模块设计了模拟博物馆环境监测物联实验。实验通过温度、湿度、二氧化碳（CO₂）、甲醛（CH₂O）、总挥发性有机物（TVOC）、PM2.5、PM10 以及光照强度等环境数据，经无线网络传至物联网服务平台。平台分析处理数据，依结果自动控制空调、恒湿器等设备，调控环境参数，超出阈值时报警，保障文物保存环境适宜。
## 学习目标
## 硬件准备
| 序号 | 名称 | 数量 | 链接 |
| ---- | -------------- | ---- | ------------------------------------------ |
| 1 | 行空板K10 | 1 | https://www.dfrobot.com.cn/goods-4014.html |
| 2 | 空气质量传感器 | 1 | |
| 3 | 加湿器模块 | 1 | |
## 接线图
## 流程图
## 软件准备
### 1. 下载SIoT V2
下载链接：
腾讯微云下载（推荐）:
链接: https://share.weiyun.com/6SFhgLQj
百度云盘下载：
链接：https://pan.baidu.com/s/17clVjJXWTZh02FteKy3mcA?pwd=mind
提取码：mind
阿里云盘下载：
https://www.aliyundrive.com/s/tCqwJwGtZzL
提取码: 3h4x
谷歌云盘下载：
链接： [点击下载](https://drive.google.com/drive/folders/16Lf0itQ-v2oZrUJEFHrOhjfgS68eN6bn?usp=sharing)
### 2. 启动SIoT V2
下载后win版本的SIoT V2解压，双击start SIoT.bat即可启动新版SIoT。
注意:启动时需要将SIoT添加到允许应用通过防火墙,勾选专用网络和公用网络，否则外部设备可能无法访问
启动之后会弹出小黑窗启动服务器。
在浏览器输入 上图中地址172.26.192.1:8080 即可打开网页，输入账号siot，密码dfrobot，点击“登录”。
登录成功后，即可单击“新建主题(Topic)”创建主题。
新建主题如下：
### 3. 下载 Mind+
下载行空板K10公测版Mind+压缩包：
- 网页下载（20250103版）:[点击下载](https://download3.dfrobot.com.cn/K10/win-ia32-unpacked20250103.zip)
- 百度网盘下载（20250103版）: https://pan.baidu.com/s/15ORx5VbobeZjiQvOxar21g?pwd=d2aa 提取码: d2aa
- 夸克网盘下载（20250103版）: https://pan.quark.cn/s/db00cf6ae510
将压缩包解压，注意解压过程中关闭杀毒软件，解压后文件夹路径不含中文，解压后文件夹路径不易过长。
若编译任何代码都报错，请查看：[公测版解压问题](https://www.unihiker.com.cn/wiki/k10/FAQ#程序编译报错类问题)
## 编写程序
### 1. 添加主控板
打开Mind+，切换到“上传模式”。
点击”扩展“，在扩展页面中，点击”主控板“，选择”行空板K10“，点击”返回“，完成加载。
### 2. 连接设备
使用USB线将行空板K10的Type-C口接到电脑USB口
在mind+中点击“连接设备”，找到对应的K10设备并点击，完成设备连接。
### 3. 添加扩展
点击”扩展“，在扩展页面中，点击“网络服务”，选择”MQTT“、“Wi-Fi”，点击”返回“，完成加载。
点击”扩展“，在扩展页面中，点击“用户库”，加载“环境空气质量传感器”，点击”返回“，完成加载。
### 4. 编写程序
编写程序，如下图所示。
## 主要程序代码及说明
#### 1. 头文件包含
```cpp
#include <AirQuality.h>
#include <DFRobot_Iot.h>
#include "unihiker_k10.h"
```
- `AirQuality.h`：用于读取空气质量相关数据，如温度、湿度、CO₂、CH₂O 等。
- `DFRobot_Iot.h`：实现与 MQTT 服务器的通信，用于数据的发布和订阅。
- `unihiker_k10.h`：操作 UNIHIKER K10 开发板的功能，如屏幕显示、RGB 灯带控制等。
#### 2. 全局变量定义
```cpp
unsigned long airConditionerStartTime = 0;
unsigned long humidistatStartTime = 0;
bool airConditionerRunning = false;
bool humidistatRunning = false;
DFRobot_IotmyIot;
UNIHIKER_K10 k10;
uint8_t screen_dir = 2;
AirQuality aq(Serial1);
Music music;
```
- `airConditionerStartTime` 和 `humidistatStartTime`：分别记录空调和恒湿器的启动时间。
- `airConditionerRunning` 和 `humidistatRunning`：标记空调和恒湿器是否正在运行。
- `myIot`：用于 MQTT 通信的对象。
- `k10`：操作 UNIHIKER K10 开发板的对象。
- `screen_dir`：屏幕显示方向。
- `aq`：空气质量传感器对象。
- `music`：用于播放声音报警的对象。
#### 3. `setup()` 函数
```cpp
void setup() {
k10.begin();
pinMode(P1, OUTPUT);
k10.initScreen(screen_dir);
k10.creatCanvas();
myIot.setCustomMqttCallback(obloqMqttEventTsiot47ws2812, "siot/ws2812");
myIot.setCustomMqttCallback(obloqMqttEventTsiot47airconditioner, "siot/airconditioner");
myIot.setCustomMqttCallback(obloqMqttEventTsiot47humidistat, "siot/humidistat");
myIot.wifiConnect("GOCLOUD", "L2100Hbb");
while (!myIot.wifiStatus()) {}
k10.canvas->canvasText(myIot.getWiFiLocalIP(), 1, 0x0000FF);
k10.canvas->updateCanvas();
myIot.init("192.168.123.14","siot","6524750546018316","dfrobot", topics, 1883);
myIot.connect();
while (!myIot.connected()) {}
k10.canvas->canvasText("MQTT已连接", 3, 0x0000FF);
k10.canvas->updateCanvas();
myIot.subscribeTopic("siot/humidistat");
myIot.subscribeTopic("siot/airconditioner");
myIot.subscribeTopic("siot/ws2812");
aq.begin(9600, SERIAL_8N1, P0, P1);
delay(5000);
k10.setScreenBackground(0xFFFFFF);
}
```
- 初始化 UNIHIKER K10 开发板，设置 P1 引脚为输出模式。
- 初始化屏幕并创建画布。
- 设置 MQTT 消息的回调函数。
- 连接 WiFi 和 MQTT 服务器，显示连接信息。
- 订阅 MQTT 主题。
- 初始化空气质量传感器。
- 延时 5 秒，最后设置屏幕背景颜色为白色。
#### 4. `loop()` 函数
```cpp
void loop() {
if (aq.readAllData()) {
// 显示环境数据
k10.canvas->canvasText(" 博物馆环境监测", 0, 10, 0x0000FF, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
k10.canvas->canvasText((String(aq.getTemperature()) + String(aq.getTemperatureUnit())), 0, 60, 0x0000FF, k10.canvas->eCNAndENFont24, 50, true);
// 其他数据显示...
k10.canvas->updateCanvas();
// 发布环境数据到MQTT服务器
myIot.publish("siot/CO2", (String(aq.getCO2()) + String(aq.getCO2Unit())), 1);
myIot.publish("siot/CH2O", (String(aq.getCH2O()) + String(aq.getCH2OUnit())), 1);
// 其他数据发布...
// 空调控制与计时报警
if (((aq.getTemperature()<18) || (aq.getTemperature()>22))) {
if (!airConditionerRunning) {
airConditionerStartTime = millis();
airConditionerRunning = true;
}
k10.rgb->write(1, 0x00FF00);
digitalWrite(P1, HIGH);
if (millis() - airConditionerStartTime >= 30000) {
music.playTone(131,8000);
}
}
else {
if (airConditionerRunning) {
airConditionerRunning = false;
k10.rgb->write(1, 0x000000);
digitalWrite(P1, LOW);
music.stopPlayTone();
}
}
// 恒湿器控制与计时报警
if (((aq.getHumidity()<50) || (aq.getHumidity()>60))) {
if (!humidistatRunning) {
humidistatStartTime = millis();
humidistatRunning = true;
}
k10.rgb->write(2, 0x0000FF);
if (millis() - humidistatStartTime >= 30000) {
music.playTone(131,8000);
}
}
else {
if (humidistatRunning) {
humidistatRunning = false;
k10.rgb->write(2, 0x000000);
music.stopPlayTone();
}
}
}
delay(1000);
}
```
- 若成功读取空气质量数据，将环境数据显示在屏幕上，并通过 MQTT 协议发布到服务器。
- **空调控制**：当温度不在 18 - 22 范围时，若空调未运行则记录启动时间并启动空调和对应 RGB 灯；运行超过 30 秒则播放报警音。温度达标时，关闭空调、RGB 灯和报警音。
- **恒湿器控制**：当湿度不在 50 - 60 范围时，若恒湿器未运行则记录启动时间并启动恒湿器和对应 RGB 灯；运行超过 30 秒则播放报警音。湿度达标时，关闭恒湿器、RGB 灯和报警音。
- 最后延时 1 秒。
#### 5. 事件回调函数
```cpp
void obloqMqttEventTsiot47ws2812(String& message) {
if ((message==String("on"))) {
k10.rgb->write(0, 0xFFFF00);
}
else if ((message==String("off"))) {
k10.rgb->write(0, 0x000000);
}
}
// 其他回调函数类似...
```
- 处理订阅的 MQTT 主题消息，根据消息内容控制 WS2812 灯带、空调、恒湿器对应的 RGB 灯开关。
可视化面板点击可视化面板图标，进入可视化项目管理页面。点击“新建项目”，“新建空白项目”。输入项目名称：博物馆环境检测系统，点击“确认”按钮。点击“编辑”设置服务器地址为SIOT V2的地址：172.26.192.1，用户名siot，密码dfrobot，点击“完成”按钮。依次添加折线图组件、开关组件、单行文本组件，调整布局。按下表所示，完成各个组件的Topic配置。
上传程序点击“上传到设备”，等待直到出现“上传成功”
系统运行结果1. K10运行展示
2. 可视化显展示
3. SIOT服务数据展示
附件
1. 程序代码
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