基于树莓派+云服务的温湿度检测系统设计＊

陈雪小

（厦门工学院，福建 厦门 361021）

物联网广泛用于智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、智能电网、智能家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。本文基于树莓派硬件，开发了一款智能温湿度检测系统，应用于高校机房，可提供超温与低温的报警通知服务，实现24 h自动检测报警。例如机房中空调出现故障、温度升高时能及时发出警告。通过对温湿度检测系统进行详细的分析、研究和设计，实现了一种成本低廉、易于操作的解决方案，使高校机房更加安全、节能。

1 总体方案设计

本系统主要由树莓派、温湿度传感器、人体红外传感器、报警和数据显示设备及云端数据处理等构成。系统方案如图1所示。

图1 系统方案图

树莓派通过丰富的外接接口连接红外人体传感器、GPS、温湿度传感器采集相关数据，并将数据上传至云端处理，可在PC端和手机端进行监控。

2 系统硬件设计

本系统核心模块采用树莓派Raspberry Pi 4B。Raspbian是专门用于ARM卡片式计算机树莓派（Raspberry Pi）的操作系统[1]。树莓派提供40个外扩GPIO引脚、2个USB3.0接口和2个USB2.0接口、1个千兆以太网接口、支持2.4 G/5 G双Wi-Fi等，外部接口极其丰富，而且成本低廉、性能良好。主机运行Debian系统，支持Python开发环境，为Python提供大量扩展库，降低开发成本。树莓派GPIO引脚如图2（a）所示，本文所使用到的引脚情况如图2（b）所示。

图2 树莓派GPIO引脚及其分配图

2.1 温湿度传感器模块

本文选用DHT11作为温湿度传感器，其电路图如图3所示。DHT11共4个引脚，分别为1-VCC、2-DATA、3-NT和4-GND，其中2个引脚接上拉电阻并与树莓派11引脚对接进行温湿度数据采集。LED0是温湿度传感器工作指示灯。

图3 DHT11电路图

2.2 信息显示模块

本文中的温湿度采集信息通过LCD1602液晶屏显示，LCD1602是被广泛使用的一种字符型液晶显示模块。其与树莓派互相通信的电路如图4所示。其中PCF8574是一款并口扩展芯片，它与树莓派主控芯片通过I2C接口进行通讯。SDA和SCL分别与树莓派3脚和5脚进行对接实现信息通讯。

图4 信息显示电路图

3 系统软件设计

本文通过VNC远程桌面控制实现在树莓派上进行软件开发与研究，利用Python语言进行程序编写。该系统通过树莓派进行温湿度信息、人流量信息采集，并将该信息进行液晶屏显示，同时当温度低于或高于所设定的阈值时，系统将发出报警信息。系统选用阿里云物联网平台作为设备的云接入平台，设备通过MQTT协议接入阿里云物联网平台，实现数据交互。图5是本系统设计的软件流程图。一开始进行各个参数的初始化，将树莓派设备接入物联网平台，实现数据上报。

图5 系统软件流程图

4 ioT平台云服务

树莓派设备接入物联网平台，将温度、湿度、指示灯工作状态机报警信息上报云服务。在阿里云物联网平台物理型数据可查看数据，如图6所示。

图6 树莓派采集信息ioT监控

图7为湿度信息在每个时间点的具体数值，从图中看出，在15：02时湿度较大，其他时间点的湿度保持在50%左右。

图7 湿度信息在每个时间点的具体数值

图8为温度信息在每个时间点的具体数值，取1 h内的检测值，温度显示将近30℃。

图8 温度信息在每个时间点的具体数值

5 结语

本文设计的温湿度监控系统利用树莓派数据采集端，在连接Wi-Fi环境后实时上传数据到阿里云物联网平台。经测试，该系统采集数据准确可靠，平台响应迅速。该方案也可复制到诸多场景，如农棚和智慧厕所等，具有一定的实用价值。