基于單片機(jī)的機(jī)房監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要：由于機(jī)房內(nèi)為比較密封的空間，機(jī)房內(nèi)部與外部空氣不能很好的流通，為了保證機(jī)房內(nèi)工作人員的健康并減小空氣污染對設(shè)備的損害，監(jiān)控設(shè)備對于保障新風(fēng)系統(tǒng)正常工作非常重要，設(shè)備通過信號采集模塊對新排風(fēng)系統(tǒng)工作情況及環(huán)境參數(shù)等信號進(jìn)行無人值守式實時監(jiān)測，保障機(jī)房環(huán)境安全。本課題硬件部分兩塊單片機(jī)均采用STM32F103C8T6芯片作為主控MCU、AHT10溫濕度傳感器與GP2Y1010AU0F灰塵濃度傳感器作為環(huán)境信息采集模塊、ESP8266與EMW3080模塊作為WIFI通信模塊。軟件部分使用KeilV5進(jìn)行程序編譯，使用阿里云平臺進(jìn)行功能定義與產(chǎn)品發(fā)布，單片機(jī)采集環(huán)境數(shù)據(jù)并上傳到阿里云服務(wù)器中，用戶可在PC端與移動端查看相關(guān)數(shù)據(jù)。本課題完成了多塊單片機(jī)對環(huán)境數(shù)據(jù)的收集，并成功上傳至阿里云平臺，達(dá)成了課題的任務(wù)目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)連通后，用戶可使用阿里云進(jìn)行機(jī)房環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控，保護(hù)機(jī)房設(shè)備與工作人員。關(guān)鍵詞：機(jī)房新風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備阿里云目錄1緒論 緒論在IT業(yè)，機(jī)房普遍指的是學(xué)校、政府或者企業(yè)等存放服務(wù)器的，為用戶以及員工提供IT服務(wù)的地方，機(jī)房里面通常放置各種服務(wù)器和小型機(jī)，對溫度和濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)都有嚴(yán)格的要求，故新風(fēng)系統(tǒng)是機(jī)房建筑的標(biāo)配，監(jiān)控設(shè)備對于保障新風(fēng)系統(tǒng)正常工作非常重要。新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)對保障機(jī)房環(huán)境的穩(wěn)定，保護(hù)機(jī)房內(nèi)人員的健康，保障機(jī)房內(nèi)設(shè)備的良好工作狀態(tài)有著重要意義[1]。近年來，云平臺服務(wù)迅速發(fā)展，阿里云，百度云，onenet等云平臺皆在市場上占有一席之地。云平臺已經(jīng)做好了基礎(chǔ)服務(wù)的建設(shè)，用戶只需在平臺上實現(xiàn)自己的功能，可將寫好的程序放在“云”里運(yùn)行，或是使用“云”里提供的服務(wù)[2]。依托云監(jiān)控服務(wù)，用戶可以獲取可靠的監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析功能，各種遠(yuǎn)程監(jiān)控產(chǎn)品得以廣泛開發(fā)，本次課題的機(jī)房新風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)也由此而生。阿里云是國內(nèi)第一家云計算平臺，也是目前國內(nèi)最大的云計算平臺，服務(wù)高效，服務(wù)品種豐富。綜合考慮，選擇了阿里云平臺用于項目開發(fā)。

本課題使用單片機(jī)收集環(huán)境數(shù)據(jù)并通過ESP8266與EMW3080等WiFi模塊上傳至阿里云平臺，用戶可在PC端Web界面查看數(shù)據(jù)并分析或在手機(jī)APP上查看機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)[2]。1.1研究背景及意義1.1.1云物聯(lián)網(wǎng)平臺物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有效推動了基礎(chǔ)設(shè)施的智能化發(fā)展，使得機(jī)房新風(fēng)系統(tǒng)與人的進(jìn)一步交互成為可能，使用遠(yuǎn)程機(jī)房新風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)可大幅提高機(jī)房新風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。云計算的核心思想，是將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個計算資源池向用戶按需服務(wù)，提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”。阿里云、騰訊云、華為云是國內(nèi)云平臺的前三名。華為云更偏向于面向政府企業(yè)，騰訊云配置太過豪華，更適合老手挑選。阿里云有著最豐富的生態(tài)，最穩(wěn)定的服務(wù)，對新手友善，因此選擇阿里云平臺進(jìn)行開發(fā)。云計算平臺的出現(xiàn)為新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)提供了現(xiàn)實基礎(chǔ)，而使用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺極大簡化了機(jī)房新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)。1.1.2新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的必要性高可靠的機(jī)房設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，包括溫度、濕度、灰塵濃度等環(huán)境要求。計算機(jī)場地系統(tǒng)終年是在恒溫恒濕條件下運(yùn)行的，機(jī)房里的計算機(jī)設(shè)備會產(chǎn)生大量的熱量，而且對環(huán)境中的灰塵數(shù)量有嚴(yán)格的要求，這些都對空調(diào)系統(tǒng)提出了更高的要求。機(jī)房新風(fēng)系統(tǒng)能維持機(jī)房對外的正壓差，避免灰塵進(jìn)入，保證機(jī)房有更好的潔凈度。智能機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)搭配機(jī)房新風(fēng)檢測設(shè)備的使用是為保證機(jī)房設(shè)備能夠連續(xù)、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，需要排出機(jī)房內(nèi)設(shè)備及其它熱源所散發(fā)的熱量，維持機(jī)房內(nèi)恒溫恒濕狀態(tài)，并控制機(jī)房的空氣灰塵濃度。由于機(jī)房內(nèi)空間較為密閉，機(jī)房內(nèi)部與外部的空氣流通難以得到保證，為了保證機(jī)房內(nèi)工作人員的健康，必須通過新風(fēng)/排風(fēng)機(jī)抽取室外空氣，通過清潔過濾后以循環(huán)的方式進(jìn)行適度的空氣交換,以保證機(jī)房內(nèi)的通風(fēng)換氣、減少空氣污染對機(jī)器的損害、延長機(jī)房機(jī)器的使用壽命，因此遠(yuǎn)程監(jiān)控新風(fēng)機(jī)的狀態(tài)是非常必要的。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1云物聯(lián)網(wǎng)平臺物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，是繼互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產(chǎn)業(yè)的又一次科技與經(jīng)濟(jì)浪潮。隨著網(wǎng)絡(luò)的普及與發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)也被越來越廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，社會的各個方面中去。目前，國外對物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)、應(yīng)用主要集中在美、歐、日、韓等少數(shù)國家，其最初的研發(fā)方向主要是條形碼、RFID等技術(shù)在商業(yè)零售、物流領(lǐng)域應(yīng)用，而隨著RFID、傳感器技術(shù)、近程通信以及計算技術(shù)等的發(fā)展，近年來其研發(fā)、應(yīng)用開始拓展到環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療、智能基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域。近年來，在互聯(lián)網(wǎng)+，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，中國制造2025等帶動下，我國物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系逐漸完善，國家在大力支持物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，取得了長足進(jìn)步。尤其是在云平臺方面，云端應(yīng)用蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出了一大批如阿里云、百度云、onenet、華為云、騰訊云等優(yōu)秀的云平臺，這些云平臺也在競爭中不斷地發(fā)展完善。1.2.2新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)伴隨新風(fēng)系統(tǒng)的普及與發(fā)展，單純的新風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)不再能滿足人們的需要，用戶需要對新風(fēng)系統(tǒng)更深入的掌控，需要確切的了解新風(fēng)系統(tǒng)工作的狀態(tài)與效果。于是新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)在廣泛的需要中得以快速發(fā)展，與原有的新風(fēng)系統(tǒng)組合的智能新風(fēng)系統(tǒng)得以普及。但是，獨(dú)立的適用性廣泛的新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)依舊極為少見，市場上的這一領(lǐng)域仍是一片空白。1.3論文主要研究內(nèi)容本文主要論述了STM32F103C8T6嵌入式處理器、WiFi通信、數(shù)據(jù)采集等單元的原理和相關(guān)電路的使用，以及上位機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計。本課題所采用的結(jié)構(gòu)為通過AHT10與GP2Y1010AU0F傳感器采集溫度、濕度、灰塵濃度等環(huán)境數(shù)據(jù)，通過STM32F103C8T6微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后使用ESP8266與EMW3080等WiFi模塊上傳至阿里云平臺。用戶可使用阿里云平臺Web在網(wǎng)頁端，或使用阿里云配套的云智能APP在手機(jī)端查看查看環(huán)境數(shù)據(jù)。2系統(tǒng)設(shè)計方案這一部分論述課題的總體設(shè)計方案，構(gòu)建一個基于云平臺的新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的基本框架，其中又包括硬件電路的連接，云平臺的構(gòu)建以及程序運(yùn)行框架。2.1通信系統(tǒng)系統(tǒng)分為單片機(jī)電路組成的下位機(jī)部分和阿里云平臺服務(wù)器組成的上位機(jī)部分。單片機(jī)使用AHT10與GP2Y1010AU0F傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過ESP8266或EMW3080WiFi模塊上傳至阿里云服務(wù)器。單片機(jī)與云平臺之間的通訊協(xié)議采用各大云平臺通用的MQTT協(xié)議。整體框圖如下：圖2.1通信系統(tǒng)框圖2.2云平臺系統(tǒng)設(shè)計圖2.2，圖2.3為上位機(jī)部分阿里云平臺設(shè)計框圖，其中包括Web界面的設(shè)計搭建與手機(jī)APP云平臺產(chǎn)品的構(gòu)建。詳細(xì)的設(shè)計過程會在第四章進(jìn)行說明[2]。圖2.2云平臺Web界面框圖圖2.3云平臺手機(jī)APP界面框圖2.3硬件電路系統(tǒng)如圖2.4所示為單片機(jī)的硬件連接框架，包括環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的上傳，程序的下載。相關(guān)模塊會在第三章進(jìn)行詳細(xì)介紹[3]。圖2.4整體電路框圖2.4本章小結(jié)本章給出了課題的總體設(shè)計框架，數(shù)據(jù)的流向。初步闡述了云平臺的使用過程，簡要說明了單片機(jī)的功能模塊及其配套程序的運(yùn)作過程。單片機(jī)要采集溫濕度和灰塵濃度等環(huán)境數(shù)據(jù)，使用WiFi模塊上傳至云服務(wù)器[13]。使用ESP8266模塊及其配套程序可實現(xiàn)將環(huán)境數(shù)據(jù)顯示在Web界面，使用EMW3080模塊及其配套程序可將數(shù)據(jù)顯示在手機(jī)APP上。本項目設(shè)計了兩種遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)顯示方式，可視情況選擇更合適的方案。3硬件系統(tǒng)設(shè)計這一部分主要對對單片機(jī)各部分模塊及其功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定說明。主要講解集中在數(shù)據(jù)采集模塊，WiFi模塊和主芯片STM32F103C8T6部分。3.1STM32F103C8T6嵌入式處理器單元本次課題采用STM32F103C8T6工作電壓為3.3V，芯片封裝體積小，價格與STM32F103系列其他芯片比較低、性價比高。本次設(shè)計需要兩個串口，一個用來接收傳感器收集的數(shù)據(jù)，一個用來上傳數(shù)據(jù)至云平臺，STM32F103C8T6的三個串口可以滿足要求。并且STM32F103C8T6帶有USB2.0全速接口可以使用USB串口下載調(diào)試程序。USB轉(zhuǎn)TTL串口兼下載口、供電口如圖3.2所示。下載程序時需要用到BOOT0和復(fù)位按鍵，BOOT0高電平下載，工作電壓3.3V，低電平運(yùn)行，燒錄程序時時按下BOOT0按鍵并保持，之后按一下復(fù)位按鍵，燒錄完成后時松開。按鍵電路如圖3.3所示。圖3.1STM32F103C8T6圖3.2USB轉(zhuǎn)TTL串口下載口供電口圖3.3BOOT0及復(fù)位按鍵3.2WiFi通信單元如圖3.4，圖3.5所示，ESP8266模塊和EMW3080模塊均采用3.3V供電。此外，兩種模塊分別對應(yīng)兩種不同數(shù)據(jù)顯示方式，并且由于對應(yīng)程序不同且都使用串口2進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，所以無法同時使用。ESP8266模塊及其配套燒錄程序會將環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器后，顯示在阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺Web應(yīng)用中；EMW3080模塊及其配套程序可借由阿里云生活物聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)器，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至阿里云配套的手機(jī)云智能APP。圖3.4ESP8266圖3.5EMW30803.3數(shù)據(jù)采集單元AHT10溫濕度傳感器電路如圖3.6所示，工作電壓為3.3V，采集溫濕度數(shù)據(jù)并使用IIC總線發(fā)送給主控MCU。GP2Y1010AU0F是灰塵濃度傳感器，與其他模塊不同的是它采用5V供電，附加外部連接圖如圖3.7所示。圖3.6AHT10溫濕度傳感器圖3.7GP2Y1010AU0F及與單片機(jī)的連接3.4開發(fā)板實物圖本次課題采用的STM32F103C8T6開發(fā)板實物如下：圖3.8STM32F103C8T6開發(fā)板3.5本章小結(jié)本章從硬件講述了部分?jǐn)?shù)據(jù)采集模塊，WiFi通信模塊，主控MCU以及串口電路。介紹了這些模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作電壓，工作原理等參數(shù)，根據(jù)需要的功能，確定了各部分電路，為后面各模塊的程序編譯奠定基礎(chǔ)。4軟件系統(tǒng)設(shè)計軟件系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：阿里云平臺系統(tǒng)和程序編譯。阿里云平臺的構(gòu)建主要可分為三個部分，分別在阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺，阿里云應(yīng)用開發(fā)平臺和阿里云生活物聯(lián)網(wǎng)平臺上進(jìn)行構(gòu)建。程序編譯部分分別為ESP8266wifi模塊配套程序編譯與EMW3080模塊配套程序編譯。4.1程序流程圖程序運(yùn)行流程如下，開啟看門狗，對單片機(jī)各模塊進(jìn)行初始化，存儲器指針置于緩沖區(qū)開頭，讀取并存儲環(huán)境數(shù)據(jù)直至緩沖區(qū)滿，將數(shù)據(jù)打包上傳至云服務(wù)器。如使用ESP8266模塊及其配套程序上傳，則服務(wù)器將會在Web界面顯示環(huán)境數(shù)據(jù)，使用EMW3080模塊及其配套程序，服務(wù)器會將數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)APP。流程圖如圖2.5所示：圖4.1程序流程圖4.2程序設(shè)計程序設(shè)計部分使用KeilV5作為開發(fā)環(huán)境，由于總體程序過于龐大，選擇其中較為關(guān)鍵的部分程序進(jìn)行闡述說明，比如溫濕度、灰塵濃度數(shù)據(jù)的采集與上傳；ESP8266WiFi模塊與EMW3080WiFi模塊的程序的差別的體現(xiàn)。4.2.1環(huán)境數(shù)據(jù)的收集與上傳如圖4.2所示，溫濕度讀取程序AHT10_Dat函數(shù)中定義了兩個臨時變量tdata，數(shù)組Redata[6]來保存溫濕度數(shù)據(jù)。Redata[6]前三位保存濕度數(shù)據(jù)，后三位保存溫度數(shù)據(jù)，最后借由中間變量tdata將溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理后返回到函數(shù)變量*temp,*humi中等待調(diào)用。圖4.2溫濕度傳感器數(shù)據(jù)讀取如圖4.3所示，灰塵濃度傳感器程序GP2Y1014AU函數(shù)中，變量AD_PM負(fù)責(zé)讀取灰塵濃度傳感器所發(fā)出的電壓數(shù)據(jù)，經(jīng)過電壓至灰塵濃度的計算后將數(shù)據(jù)返回函數(shù)變量*duscon中。而GP2Y_Low，GP2Y_Hige分別被定義為灰塵濃度傳感器中LED燈的低電平（滅）與高電平（亮）狀態(tài)，由于發(fā)光二極管在長期通電情況下輸出會降低，所以需要定時開滅，使得傳感器可以在紅外線LED的亮滅中通過光線掃描確定灰塵濃度。圖4.3灰塵濃度傳感器數(shù)據(jù)讀取如圖4.4所示，在數(shù)據(jù)上傳程序中調(diào)用AHT10_Data函數(shù)與GP2Y1014AU函數(shù)，讀取溫濕度與灰塵濃度，構(gòu)建好數(shù)據(jù)格式后發(fā)送至緩沖區(qū)，緩沖區(qū)滿則會自動打包數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。使用sprintf構(gòu)建溫濕度、灰塵濃度回復(fù)數(shù)據(jù)時，務(wù)必保證標(biāo)識符與阿里云相應(yīng)功能模塊中的標(biāo)識符保持一直，否則無法正常上傳數(shù)據(jù)。圖4.4數(shù)據(jù)上傳函數(shù)4.2.2ESP8266與EMW3080程序差異ESP8266WiFi模塊與EMW3080WiFi模塊的程序的差別主要體現(xiàn)在MQTT協(xié)議的封裝還有與服務(wù)器的連接上，數(shù)據(jù)采集方面使用相同的程序進(jìn)行溫濕度與灰塵濃度數(shù)據(jù)的收集。如圖4.5，圖4.6所示，ESP8266WiFi模塊比EMW3080WiFi模塊多定義了主題的訂閱與發(fā)布。這是因為EMW3080WiFi模塊是阿里云專用WiFi模塊，僅需要定義三元組與產(chǎn)品密鑰并且不需要進(jìn)行MQTT協(xié)議的封裝與定義即可自動進(jìn)行數(shù)據(jù)的封裝實現(xiàn)與阿里云服務(wù)器的直接通信，而ESP8266WiFi模塊需要專門建立MQTT函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的封裝以實現(xiàn)與阿里云平臺的通信。圖4.5ESP8266模塊MQTT.h函數(shù)圖4.5EMW3080模塊wifi.h函數(shù)4.3阿里云開發(fā)環(huán)境初步構(gòu)建使用阿里云的首要工作是在控制臺公共實例中創(chuàng)建產(chǎn)品。本課題中需要設(shè)計兩個產(chǎn)品分別用于Web界面顯示與手機(jī)APP數(shù)據(jù)顯示。第一個產(chǎn)品設(shè)定產(chǎn)品名為新風(fēng)，所屬品類為自定義品類，節(jié)點(diǎn)類型選擇直連設(shè)備，連網(wǎng)方式為wifi連接，數(shù)據(jù)格式選擇ICA標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。創(chuàng)建完成后產(chǎn)品信息如圖4.7所示，這一產(chǎn)品為Web界面開發(fā)做準(zhǔn)備。圖4.7新風(fēng)產(chǎn)品信息接下來進(jìn)行功能模塊定義，根據(jù)需要添加產(chǎn)品的功能模塊，本課題第一個產(chǎn)品中需要添加灰塵濃度，溫度，濕度三個功能模塊用以顯示在Web界面。定義溫度標(biāo)識符為Temperature，數(shù)據(jù)類型為雙精度double，量程為.40~85；定義濕度標(biāo)識符為Humidity，數(shù)據(jù)類型為雙精度double，量程為0~100；定義濕度標(biāo)識符為Dustconcer，數(shù)據(jù)類型為雙精度double，量程為0~3000。功能模塊添加完成后如圖4.8所示。圖4.8新風(fēng)產(chǎn)品功能模塊之后需要在產(chǎn)品中添加設(shè)備，本次課題使用兩塊單片機(jī)，因此每個產(chǎn)品需要添加兩個設(shè)備。第一個產(chǎn)品中選擇產(chǎn)品名為新風(fēng)，設(shè)備名自定義為Dvice與Dvice2。在產(chǎn)品界面，我們可以設(shè)置Topic類、功能定義等。Topic概念是針對設(shè)備而言的,Topic類概念是針對產(chǎn)品而言的。在物聯(lián)網(wǎng)平臺中，設(shè)備和平臺之間是通過Topic來訂閱和發(fā)布消息的，產(chǎn)品的Topic類也會自動映射到在它下面所創(chuàng)建的設(shè)備中。如下圖4.8為我為恒電位儀遠(yuǎn)程監(jiān)控產(chǎn)品創(chuàng)建的Topic：一個用來訂閱，一個用來發(fā)布，如圖4.9所示。圖4.9Topic訂閱與發(fā)布如圖4.10所示，每一個設(shè)備都會有自己的三元組，分別是DeviceName、ProductKey、DeviceSecret。三元組是唯一的，是設(shè)備與阿里云通信的重要認(rèn)證標(biāo)識，是設(shè)備在阿里云中的“身份證”。無論是ESP8266WiFi模塊配套程序還是EMW3080WiFi模塊配套程序都必須使用三元組來使設(shè)備的身份得以確認(rèn)，區(qū)分。圖4.10設(shè)備的三元組4.4阿里云應(yīng)用開發(fā)平臺Web界面的搭建要建立新風(fēng)Web界面首先要進(jìn)入阿里云應(yīng)用開發(fā)平臺，又名IoTStudio，新建Web應(yīng)用，選擇所屬產(chǎn)品為新風(fēng)，將Web應(yīng)用命名為“新風(fēng)web”。如圖4.11所示，進(jìn)入新風(fēng)Web界面后開始對Web搭建，首先選擇導(dǎo)航布局中的最后一個作為基本布局。然后添加綜合控制，溫濕度曲線，灰塵濃度曲線，數(shù)據(jù)分析四個界面。圖4.11新風(fēng)web應(yīng)用搭建如圖4.12所示，在綜合控制界面中添加了六個儀表盤組件作為設(shè)備1與設(shè)備2的溫度，濕度，灰塵濃度的顯示表盤。每個表盤都要分別配置數(shù)據(jù)源。配置數(shù)據(jù)源時，產(chǎn)品的選擇都為“新風(fēng)”。而設(shè)備、屬性的選擇則各有不同，這里的設(shè)備屬性就是灰塵濃度，溫度，濕度三個功能模塊。設(shè)備1的溫度，濕度，灰塵濃度的表盤選擇設(shè)備統(tǒng)一為“Dvice”，屬性則各自選擇對應(yīng)屬性即可；與之對應(yīng)，設(shè)備2的溫度，濕度，灰塵濃度的表盤選擇設(shè)備統(tǒng)一為“Dvice2”，屬性各自選擇對應(yīng)屬性即可。圖4.12綜合控制界面數(shù)據(jù)源配置如圖4.13所示，在溫濕度曲線界面添加了兩個實時曲線組件分別進(jìn)行溫度，濕度曲線的實時繪制。數(shù)據(jù)源配置中選擇多設(shè)備單屬性模式，產(chǎn)品選擇“新風(fēng)”，添加“Dvice”，“Dvice2”兩個設(shè)備用以接收來自它們的數(shù)據(jù)。屬性選擇溫度，濕度對應(yīng)屬性即可，實時數(shù)據(jù)時間段選擇“近半小時”，以便更快地觀測到數(shù)據(jù)曲線的產(chǎn)生。圖4.13溫濕度曲線數(shù)據(jù)源配置灰塵濃度曲線界面僅添加了一個實時曲線組件，實時顯示，繪制灰塵濃度曲線。由于灰塵濃度對機(jī)房設(shè)備的正常工作會產(chǎn)生重大影響，因此單獨(dú)創(chuàng)建一個界面進(jìn)行顯示。灰塵濃度曲線數(shù)據(jù)源配置中選擇多設(shè)備單屬性模式，產(chǎn)品選擇“新風(fēng)”，添加“Dvice”，“Dvice2”兩個設(shè)備用以接收來自它們的數(shù)據(jù)，屬性選擇灰塵濃度，實時數(shù)據(jù)時間段選擇“近半小時”，以便更快地觀測到數(shù)據(jù)曲線的產(chǎn)生。如圖4.14所示，數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面只需添加數(shù)據(jù)統(tǒng)計組件即可，數(shù)據(jù)統(tǒng)計組件無需額外配置。發(fā)布后可在預(yù)覽界面調(diào)整統(tǒng)計數(shù)據(jù)的尺度、數(shù)據(jù)統(tǒng)計的更新頻率，選擇統(tǒng)計數(shù)據(jù)的最大值，最小值，平均值還是累計值。圖4.14數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面以上界面配置完成后，點(diǎn)擊右上角的發(fā)布，即可將Web界面進(jìn)行應(yīng)用。此時Web界面可以接收到單片機(jī)開發(fā)板通過ESP8266WiFi模塊上傳的環(huán)境數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和數(shù)據(jù)曲線的繪制，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面的更新按鍵即可開始進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。4.5阿里云生活物聯(lián)網(wǎng)平臺APP界面的搭建進(jìn)入阿里云生活物聯(lián)網(wǎng)平臺后，首先要創(chuàng)建一個項目，本課題中，項目名為“新風(fēng)”。點(diǎn)擊進(jìn)入此項目即可開始創(chuàng)建本課題中的第二個產(chǎn)品“環(huán)境數(shù)據(jù)”。本課題第二個產(chǎn)品設(shè)定產(chǎn)品名為環(huán)境數(shù)據(jù)，本產(chǎn)品較為特殊，僅能在阿里云生活物聯(lián)網(wǎng)平臺中建立。所屬品類為環(huán)境檢測盒子，節(jié)點(diǎn)類型選擇直連設(shè)備，連網(wǎng)方式為wifi，數(shù)據(jù)格式選擇ICA標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。完成后產(chǎn)品信息如圖4.15所示，這一產(chǎn)品為手機(jī)云智能APP的數(shù)據(jù)顯示做準(zhǔn)備。圖4.15環(huán)境數(shù)據(jù)產(chǎn)品信息產(chǎn)品“環(huán)境數(shù)據(jù)”創(chuàng)建完成后，與第一個產(chǎn)品“新風(fēng)”相同。接下來是進(jìn)行功能模塊的定義。定義溫度標(biāo)識符為CurrentTemperature，數(shù)據(jù)類型為雙精度double，量程為.40~80；定義濕度標(biāo)識符為CurrentHumidity，數(shù)據(jù)類型為雙精度double，量程為0~100；定義濕度標(biāo)識符為CurrentDustconcer，數(shù)據(jù)類型為雙精度double，量程為0~3000；定義設(shè)備號標(biāo)識符為shebei，數(shù)據(jù)類型為雙精度double，量程為0~100。功能模塊添加完成后如圖4.16所示。圖4.16環(huán)境數(shù)據(jù)產(chǎn)品功能定義功能定義完成后，是人機(jī)交互配置，這一部分最重要的是手機(jī)APP界面配置。進(jìn)入界面工作臺后，選擇左邊欄的信息，點(diǎn)擊“設(shè)備號”，“溫度”，“濕度”，“灰塵濃度”四個選項后會彈出四種顯示格式，選擇合適的顯示格式進(jìn)行裝配后如圖4.17所示。圖4.17手機(jī)APP界面配置如圖4.18所示，在接下來的設(shè)備調(diào)試界面，選擇EMW3080模塊，添加兩個測試設(shè)備“D001”，“D002”。測試設(shè)備完全免費(fèi)，最大數(shù)目為50個。點(diǎn)擊設(shè)備證書即可看到測試設(shè)備的三元組，便于復(fù)制使用，如圖4.19所示。圖4.18設(shè)備調(diào)試圖4.19查看設(shè)備證書最后在產(chǎn)品發(fā)布界面發(fā)布產(chǎn)品，手機(jī)APP即可通過該產(chǎn)品實現(xiàn)與單片機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)的顯示。4.6本章小結(jié)本章節(jié)闡述了機(jī)房新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計，以KeilV5為開發(fā)環(huán)境，說明了溫濕度、灰塵濃度采集程序是怎樣讀取傳感器數(shù)據(jù)并上傳的。闡明了ESP8266WiFi模塊與EMW3080WiFi模塊在數(shù)據(jù)上傳，數(shù)據(jù)封裝上的不同。與阿里云平臺進(jìn)行溝通時，EMW3080WiFi模塊作為阿里云專用模塊無需用戶在程序上定義MQTT協(xié)議，它可以自動封裝上傳數(shù)據(jù)。本章節(jié)還講解了怎樣利用阿里云平臺發(fā)布產(chǎn)品，添加功能模塊，在產(chǎn)品中添加設(shè)備，確定設(shè)備的三元組與產(chǎn)品的“發(fā)布”、“訂閱”語句。論述了在阿里云應(yīng)用開發(fā)平臺中Web界面的搭建，其中組建的數(shù)據(jù)源的配置；論述了在阿里云生活物聯(lián)網(wǎng)平臺中手機(jī)APP界面的搭建，測試設(shè)備的添加。準(zhǔn)備工作已經(jīng)完成，之后便可以在開發(fā)板上運(yùn)行程序，進(jìn)行實驗，使用開發(fā)好的Web界面和手機(jī)APP產(chǎn)品顯示數(shù)據(jù)。5系統(tǒng)調(diào)試本章節(jié)用于展示項目的最終成果，并進(jìn)行相應(yīng)的分析。在KeilV5中將程序的.hex文件生成后，使用串口下載軟件將它燒錄到單片機(jī)中，如圖5.1所示。圖5.1串口燒錄軟件5.1Web界面數(shù)據(jù)顯示與分析同時使用兩塊單片機(jī)收集溫度、濕度、灰塵濃度數(shù)據(jù)上傳并實時顯示在Web界面如圖5.2所示，設(shè)備1與設(shè)備2的各項數(shù)據(jù)均有所差別。兩塊單片機(jī)位置的不同、元器件的細(xì)微偏差都會使傳感器測量結(jié)果發(fā)生改變。圖5.2設(shè)備溫濕度與灰塵濃度實時顯示如圖5.3，圖5.4所示，在設(shè)備運(yùn)行約25分鐘時，觀察分別觀察溫度曲線、濕度曲線、灰塵濃度曲線，發(fā)現(xiàn)相較量程，兩塊單片機(jī)所測得數(shù)據(jù)極為接近，其中溫度曲線更是完全貼合在一起。灰塵濃度的差異在100毫克每立方米左右，看起來差異極大，但是由于所測得的灰塵為0.8微米以上的所有微粒，包括PM1.0，PM2.5，PM10，所以量程較大，灰塵濃度總量程為3000毫克每立方米。GP2Y1010AU0F傳感器灰塵濃度與空氣質(zhì)量對照判定標(biāo)準(zhǔn)為測試得到的數(shù)據(jù)和空氣質(zhì)量對照：3000+=很差；1050.3000=差；300.1050=一般；150.300=好；75.150=很好；0.75=非常好。觀察圖5.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計表中兩臺單片機(jī)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩臺單片機(jī)所測得的空氣質(zhì)量都在“好”與“很好”之間波動，可見圖5.4中兩臺單片機(jī)的灰塵濃度曲線偏差在可接受范圍之內(nèi)，本次實驗所測得的數(shù)據(jù)是有效的。圖5.3溫濕度曲線圖5.4灰塵濃度曲線圖5.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖5.5所示，可以看到數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面中包含灰塵濃度、溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的設(shè)備和數(shù)據(jù)上傳時間。用戶可以直觀地觀察到每一分鐘各設(shè)備的工作情況。綜合控制界面實時顯示環(huán)境數(shù)據(jù)，溫濕度曲線和灰塵濃度曲線便于總體觀察環(huán)境數(shù)據(jù)波動狀況，數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面可精確顯示各設(shè)備在每分鐘所收集的數(shù)據(jù)，四個界面配合可滿足對機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)的全面監(jiān)測。5.2手機(jī)APP數(shù)據(jù)顯示與分析如圖5.6，圖5.7所示，使用串口燒錄程序軟件燒錄EMW3080配套程序的.hex文件到單片機(jī)中，觀察串口調(diào)試助手。配網(wǎng)倒計時100秒開始時，使用手機(jī)云智能APP掃描配網(wǎng)二維碼進(jìn)行配網(wǎng)，配網(wǎng)時，手機(jī)與設(shè)備必須在同一2.4GHz網(wǎng)絡(luò)下。圖5.7設(shè)備與服務(wù)器連接進(jìn)度如圖5.8所示，配網(wǎng)成功后，手機(jī)端APP將會顯示溫度，濕度和灰塵濃度等環(huán)境數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)來源的設(shè)備號。圖5.8手機(jī)端APP顯示如圖5.9，圖5.10所示，可在串口調(diào)試軟件上查看發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備號與其發(fā)送的溫度，濕度和灰塵濃度等環(huán)境數(shù)據(jù)。手機(jī)端APP僅能進(jìn)行實時顯示，可在串口調(diào)試軟件中查看歷史發(fā)送數(shù)據(jù)。圖5.9設(shè)備1串口數(shù)據(jù)顯示圖5.10設(shè)備2串口數(shù)據(jù)顯示查看串口數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)手機(jī)APP數(shù)據(jù)與Web界面顯示數(shù)據(jù)相似，兩設(shè)備溫度數(shù)據(jù)幾乎一致，濕度數(shù)據(jù)與灰塵濃度數(shù)據(jù)出現(xiàn)差異，灰塵濃度數(shù)據(jù)差異在100毫克每立方米左右，兩臺單片機(jī)所測得的空氣質(zhì)量都在“好”與“很好”之間波動。溫度、濕度、灰塵濃度均在正常范圍，本次課題實驗數(shù)據(jù)可用，實驗?zāi)繕?biāo)達(dá)成。結(jié)論在本次畢業(yè)設(shè)計中，為實現(xiàn)機(jī)房新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，首先通過對溫濕度，灰塵濃度的監(jiān)測需求確定了環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊，通過各大云平臺的對比選定了阿里云平臺，之后基于這兩者確定了整體的設(shè)計框架?；谠撛O(shè)計框架，在本次設(shè)計中完成了成果：（1）完成了KeilV5環(huán)境中程序的編譯。需要注意ESP8266模塊配套程序需要基于MQTT協(xié)議對報文進(jìn)行組幀，而EMW3080模塊則不需要。通過不斷地調(diào)試，完成了溫濕度傳感器程序的編譯和灰塵濃度傳感器數(shù)據(jù)的編譯，實現(xiàn)了溫濕度數(shù)據(jù)和灰塵濃度數(shù)據(jù)的采集與上傳。（2）在阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺成功發(fā)布產(chǎn)品，定義功能模塊，搭建阿里云平臺開發(fā)環(huán)境?；谠诎⒗镌莆锫?lián)網(wǎng)平臺發(fā)布的產(chǎn)品，在阿里云應(yīng)用開發(fā)平臺中發(fā)布Web應(yīng)用，可以實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實時顯示，并繪制實時曲線，兼具數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能；在阿里云生活物聯(lián)網(wǎng)平臺中創(chuàng)建項目并發(fā)布產(chǎn)品，使得手機(jī)云智能APP可以顯示單片機(jī)所收集的環(huán)境數(shù)據(jù)。本次機(jī)房新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計完成了任務(wù)目標(biāo)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)的功能。下位單片機(jī)實現(xiàn)了對灰塵濃度，溫度，濕度的采集與上傳；上位機(jī)完成了對于數(shù)據(jù)的接收并成功將數(shù)據(jù)顯示在Web界面，發(fā)送到手機(jī)APP上。最終實現(xiàn)了多設(shè)備的機(jī)房新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)。在本課題中使用了兩種方法來實現(xiàn)對機(jī)房新風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)控，綜合來看使用Web界面進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控得到的數(shù)據(jù)更為全面也更為直觀，Web界面綁定域名后可遠(yuǎn)程登錄。而手機(jī)APP必須與檢測設(shè)備屬于同一網(wǎng)絡(luò)下，想要遠(yuǎn)程接收數(shù)據(jù)只能使用與設(shè)備在同一網(wǎng)絡(luò)下的手機(jī)接收數(shù)據(jù)后通過郵箱或者電話號碼將數(shù)據(jù)進(jìn)行分享，相對而言更為繁瑣。手機(jī)APP的數(shù)據(jù)顯示應(yīng)當(dāng)還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間，由于時間、精力的不足，使得手機(jī)APP的數(shù)據(jù)顯示僅限于此，這是本次設(shè)計中的不足之處。參考文獻(xiàn)[1]李雙,白莉,陶進(jìn),李爽,張語.新風(fēng)量對室內(nèi)污染物的凈化效果實驗研究[J].北方建筑,2020,5(04):57-60.[2]高圣偉,李旭,李龍女,劉曉明.基于云平臺新風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)時代,2018(05):52-55.[3]劉小忠,張新.數(shù)據(jù)機(jī)房的節(jié)能新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計[J].電信快報,2018(08):34-36.[4]蔡志斌.新風(fēng)系統(tǒng)對室內(nèi)空氣污染控制的性能研究[D].北京建筑大學(xué),2020.[5]王洋.污染源在線監(jiān)測現(xiàn)狀與建議[J].環(huán)境與發(fā)展,2020,32(10):148-149.[6]王洪志.基于單片機(jī)的智能通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計[J].南方農(nóng)機(jī)，2020,51(18):68-69.[7]劉英杰,張玲菲,楊穎,毛紫浩,張寒琪,楊慶,張凱達(dá),王欣.我國新風(fēng)系統(tǒng)發(fā)展的研究及分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2019,16(12):247+249.[8]齊子姝,李雙.基于室內(nèi)污染物濃度控制新風(fēng)系統(tǒng)實驗研究及節(jié)能量計算[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2019,45(03):69-72.[9]劉凈蘭,郭凱帆,榮彥.室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)研究[J].建材與裝飾,2017(19):181-182.[10]段旭東,李晶,田柯,李帥,仝曉龍,張哲鋒,孫曉峰,張棋.關(guān)于新風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)查及淺析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2019(03):207+209.[11]L.Zhong,"MonitoringFunctionDesignofRadioMonitoringManagementSystemBasedonC/SArchitecture,"201910thInternationalConferenceonInformation