义教信息科技 基于行空板K10的博物馆环境监测物联系统

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

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
• 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

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

#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

unsigned long airConditionerStartTime = 0;
unsigned long humidistatStartTime = 0;
bool airConditionerRunning = false;
bool humidistatRunning = false;
DFRobot_Iot  myIot;
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

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

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

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。
  [b]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。
  
  

[b]上传程序

点击“上传到设备”，等待直到出现“上传成功”

[b]
系统运行结果[b]1. K10运行展示

[b]

2. 可视化显展示
   
   
   [b]
3. SIOT服务数据展示
   
   
   
   [b]附件
4. 程序代码
   第21课程序代码.zip