查看: 10113|回复: 2

[教程] 【行空板】用Python玩转开源硬件-第08课：IoT室内环境监测仪

本帖最后由 JIAJIA 于 2023-2-24 13:47 编辑

IoT室内环境监测仪

随着生活水平提升，人们对室内环境的要求也越来越高！适宜的室内环境对人体是非常重要的。调查显示当室温超过28度，湿度大于70%rh时，易有闷热、出汗、烦躁、疲劳等反应，容易影响个体安定的情绪和敏捷的思维。当室温低于20度时，易发生感冒等症状，温度与湿度的保障也是避免个体感染病菌的必要条件。

IoT室内环境监测仪，是一款可以监测室内温度、湿度、光线、声音的装置，并且这些环境数据还可以上传到SIoT平台，便于居住者对数据进行查看。居住者可以通过对室内环境数据的监控及时调整家居环境的温度、湿度，从而减少疾病的感染。

任务目标

行空板上显示环境图标与环境数据，并且将环境数据按各自的“项目ID/设备号”发送到SIoT平台。

知识点
1.了解物联网的体系结构
2.掌握DHT11的使用方法及工作原理

材料清单

硬件清单：

软件使用：Mind+编程软件 x1

下载地址：https://mindplus.cc/

动手实践

IoT室内环境监测仪不仅可以检测室内的温度、湿度、光线以及声音数据，还可以在行空板上将这些环境数据进行显示。最后将这些环境数据发送到SIoT平台，用户可以通过SIoT平台查看室内的温度、湿度、光线以及声音这四项数据。

任务一：读取温湿度传感器的值

读取温湿度传感器检测到的温度数据与湿度数据，并将数据显示在行空板上。

任务二：行空板向SIoT平台发送数据

将读取到的室内环境数据，通过MQTT协议发送到SIoT平台。

任务一：读取温湿度传感器的值

1.硬件连接

DHT11数字温湿度传感器是一款既可以检测温度，又可以检测湿度的复合传感器。下面将温湿度传感器连接到行空板的P24数字引脚，硬件连接成功后，使用USB线将行空板连接到计算机。

注意：关于“DHT11温湿度传感器”的相关介绍，见知识园地。

2.软件准备

打开Mind+，按照下面图示完成软件准备工作。

添加温湿度传感器，点击“扩展”，在pinpong库中找到“DHT11温湿度传感器”并点击，完成添加。

3.编写程序

温湿度传感器库添加成功后，怎样才能获取温湿度传感器检测的数据呢？使用温湿度传感器初始化指令，并在Python主程序开始之下，初始化引脚为P24。

要获取温湿度传感器检测到的温度值与湿度值，使用读取温湿度/湿度指令。

然后使用显示文字与更新文本参数指令，将传感器检测到的温度数据与湿度数据显示在行空板上。

温度数据和湿度数据直接显示在行空板上，两个数据容易混淆分不清楚，可以在数据前面加上温度和湿度的文字注释。使用合并字符指令，让显示形式变为“温度：温度数据”。

4.程序运行

点击运行，程序运行成功后，行空板上显示温湿度传感器实时检测到的温度与湿度数据。

5.试一试

上面的程序，在行空板上显示的温度数据与湿度数据是没有带单位的。其实从读取温度/湿度指令，可以看出温度的单位为：℃，湿度的单位为：%rh。接下来，大家修改一下程序，将显示的温湿度数据后面加上对应的单位。

任务二：行空板向SIoT平台发送数据

1.准备工作

(1)开启行空板SIoT服务

长按行空板的“Home”键进入菜单页，点击“应用开关”，检查SIoT服务是否开启，如果显示“已禁用”，点击SIoT选项，切换SIoT状态为“已启用”。

(2)添加MQTT-py库

要向SIoT平台发送数据，要有发送相关指令才能实现。但是现在行空板的指令区中没有这样的指令，该怎么办呢？点击“扩展”，在官方库中找到“MQTT-py”并点击，完成添加。

2.编写程序

开始编写程序之前，先来分析一下这个任务，要实现哪些功能。首先行空板界面上需要显示室内环境数据，温度值、湿度值、光线值、声音值。然后，将这些室内环境数据按各自的“项目ID/设备号”上传到SIoT平台上。

(1)设计界面

要将室内环境数据显示行空板上，首先需要设计一个好看的显示界面，下面将图片文件夹中的背景图和环境图标，导入到文件系统中。

使用显示图片指令，在行空板上显示背景图片与环境图标，根据上表面分析的图标坐标，设置图片在对应的XY坐标上显示即可。

下面使用显示文字指令和更新文本内容参数指令，将温湿度数据、光线数据以及声音数据显示在行空板上。

(2)上传数据

要将数据上传到SIoT平台，首先需要使用初始化MQTT指令，开启行空板物联网服务器，点击“设置”图标，将“SIoT服务器”的内容修改为行空板连接电脑的默认IP地址“10.1.2.3”。

初始化设置完成后，MQTT发起连接，使用指令MQTT发起连接；连接成功后，需要保持连接，使用指令MQTT保持连接永久。

要向SIoT平台发送数据，就需要先订阅要发送到SIoT平台的主题，使用指令MQTT订阅。需要特别说明的是，MQTT订阅指令中填写的主题，固定的格式为“项目ID/设备号”。由于要将4个不同的环境数据发送到对应的topic频道，因此，需要订阅四个不同的主题。

完成了“MQTT的初始化——发起连接——保持连接——订阅”这四个步骤后，接下来，就可以向SIoT平台发送数据。使用MQTT发布指令，每隔5秒，向SIoT平台的不同频道发送环境数据。完成了这些后，还需要将前面设计界面的程序加上，完整程序如下：

3.程序运行

运行程序，程序运行成功后，Mind+终端界面上打印“连接结果：连接成功”，行空板上显示对应的环境数据。程序设置每隔5秒给SIoT平台发送一条环境数据。查看数据需要使用网页进入行空板服务页面，双击打开浏览器在地址栏输入“10.1.2.3”。

进入行空板服务页面后，点击“应用开关”，找到SIoT并点击下方的“打开页面”，进入SIoT服务页。

输入对应的账号和密码，点击登录。

账号：siot

密码：dfrobot

登录成功后，点击“设备列表”，找到订阅的主题。

点击“查看消息”，就可以看到对应的数据了。勾选自动刷新消息功能，SIoT平台只要接收到对应的环境消息后，自动刷新消息。

点击“隐藏/显示图标”，查看对应环境数据的折线图。

知识园地

1.了解物联网的体系结构

物联网是新型信息系统的代名词，它是三方面的结合：

一是“物”，由传感器、射频识别器以及各种执行机构实现的数据信息空间和实际实物相连；

二是“网”，利用互联网将这些物和整个数字信息空间进行互联，以方便广泛应用；

三是“应用”，以采集和互联作为基础，深入、广泛、自动化地采集大量信息，实现更高智慧的应用。

因此，物联网的体系结构按照层级来划分，可大致划分为3个层级：感知层、网络层、应用层。

2.了解DHT11温湿度传感器的工作原理

DHT11数字温湿度传感器，是一款既可以采集温度又可以采集湿度的复合传感器。DHT11温湿度传感器，采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保采集数据的可靠性与使用时的稳定性。

传感器内部封装一个电阻式感湿元件用于检测环境湿度，一个NTC测温元件，用于检测环境温度。

其实DHT11温湿度传感器，是一款通过温度、湿度敏感元件以及相应的电路转换，将数据转换为行空板可直接读取温湿度的数字量传感器。

3.指令学习

挑战自我

上面的程序完成了在行空板上显示室内环境数据，并且还将数据发送到了SIoT平台上。发送的数据是没有经过任何筛选，在研究调查中发现，当室温超过28度，湿度大于70%rh时，易有闷热、出汗、烦躁、疲劳等反应。接下来，大家新建一个环境数据预警的topic，当温度大于28度时，向SIoT平台发送“当前温度过高！”，当湿度大于70%rh时，向SIoT平台发送“当前湿度过高！”，效果如下图所示。