一、课题研究意义、现状及应用分析

智能家居作为物联技术在居住环境中的综合体现, 现今已被越来越多的中国消费者所接受。环境监测作为其中的一项重要组成部分, 通常会通过各种传感器对空气温度、湿度、燃气浓度、火焰探测等项目进行监测。其中空气温湿度的智能检测常作为附加功能应用于空调、加湿器、除湿器等家电, 需要启动体量较大的家电才能实现检测, 成本较高；而传统的简易物理温湿度测量仪不具备远程实时显示的功能, 便捷性较低。

本文设计提出的基于ESP8266的空气温湿度检测系统, 具有通过远程实时显示空气温湿度讯息的功能, 具备系统结构简易、硬件连接简单、网页制作便捷、成本较低等优点。

二、课题总体方案设计及功能模块

（一）课题总体方案设计

本系统由检测对象、温湿度传感器、ESP8266开发板、web端、蜂鸣器等部分构成。检测对象为空气温湿度信息；传感器把在空气中获取的温湿度信息转变为电信号输出至ESP8266开发板；开发板首先将接收到的空气温湿度信息进行数据处理, 通过比特与数值的换算公式，输出可直接读取的温湿度数字和符号信息，例如“32℃ 78%”；然后开发板通过wifi与web端相连接, web端接收并实时显示开发板输出的温湿度信息；最后将温湿度信息数据与设定的阀值进行对比，实现高温报警。

（二）功能模块

三、系统硬件平台及接口设计

（一）系统硬件平台

1、ESP8266 MCU 开发板

ESP8266作为一款WIFI网络通信模块，能够实现数据的网络传输，具有运行稳定、价格便宜等特点，该模块不仅能独立运行、也可作为子模块搭载于其他控制器运行。ESP8266支持AP/STA/AP+STA三种工作模式，这里选择STA工作方式，将 ESP8266 作为站点连接到由接入点建立的 WiFi 网络。

2、DHT11数字温湿度传感器

DHT11 数字温湿度传感器，包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。该产品精度高、可靠性好、响应快、稳定性强、抗干扰能力强、性价比极高并且连接方便。

3、0955无源蜂鸣器

0955无源蜂鸣器内部不带震荡源，直接用直流信号无法令其鸣叫。必须使用2K-5K的波形脉冲信号才能驱动它。

4、电源模块

电源信号由USB接口提供，目的是方便提供电源的来源和可靠性。

（二）接口设计

四、系统软件功能设计，程序流程图及代码实现

（一）系统软件功能设计

用HTML标签、CSS、JavaScript等语言，制作一款简单实用的web端实时温湿度显示界面，调用API接口，将传感器获取的温湿度信息传送到显示界面。

（二）程序流程图

（三）代码实现

1、硬件代码（Arduino C）

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include "DHT.h"// Uncomment one of the lines below for whatever DHT sensor type you're using!
#define DHTTYPE DHT11   // DHT 11
#define frequency 300   //无源蜂鸣器频率设为300
#define PIN_BEEP 15     // 无源蜂鸣器接ESP8266引脚D8(GPIO15)/*Put your SSID & Password*/
const char* ssid = "Xiaomi 12X";  // Enter SSID here
const char* password = "12345678";  //Enter Password here
ESP8266WebServer server(80);// DHT Sensor
uint8_t DHTPin = D4; // Initialize DHT sensor.
DHT dht(DHTPin, DHTTYPE);
float Temperature;
float Humidity;void setup()
{Serial.begin(115200);delay(100);pinMode(PIN_BEEP, OUTPUT); pinMode(DHTPin, INPUT);dht.begin();              Serial.println("Connecting to ");Serial.println(ssid);//connect to your local wi-fi networkWiFi.begin(ssid, password);//check wi-fi is connected to wi-fi networkwhile (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {delay(1000);Serial.print(".");}Serial.println("");Serial.println("WiFi connected..!");Serial.print("Got IP: ");  Serial.println(WiFi.localIP());server.on("/", handle_OnConnect);server.onNotFound(handle_NotFound);server.begin();Serial.println("HTTP server started");
}
void loop()
{server.handleClient();
}void handle_OnConnect()
{Temperature = dht.readTemperature(); // Gets the values of the temperatureHumidity = dht.readHumidity(); // Gets the values of the humidity server.send(200, "text/html", SendHTML(Temperature,Humidity));
}void handle_NotFound()
{server.send(404, "text/plain", "Not found");
}String SendHTML(float Temperaturestat,float Humiditystat){String ptr = "<!DOCTYPE html> <html lang=\"en\">";ptr += "<head>";ptr += "<meta charset=\"UTF-8\">";ptr += "<meta http-equiv=\"X-UA-Compatible\" content=\"IE=edge\">";ptr += "<meta http-equiv=\"refresh\" content=\"1\">";ptr += "<meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width,  initial-scale=1.0\">";ptr += "<title>智能检测</title>";ptr += "<style>";ptr += "#webpage{background-color: rgb(239, 227, 227)}";ptr += ".main_1{border-radius: 15px; margin: 60px; text-align: center}"; // 圆角长方体ptr += ".font_1{color: rgb(255, 255, 255); text-align: center; margin: 7px}"; // 文本框ptr += ".foot_2{font-size: 25px; width: 300px; height: 70px; margin: 80px auto; text-align: center; line-height: 70px; padding: 15px;}";ptr += "</style>";ptr += "</head>";ptr += "<body style=\"background-color:rgb(239, 227, 227); background-size: 100%;\">";//文本“室内温室检测系统”ptr += "<div id=\"webpage\" style=\"height: 100px; margin: auto;\">";ptr += "<h1 style=\"text-align: center; line-height: 100px; color: rgb(7, 12, 7); font-size: 80px;\">客房温湿度检测</h1>\n";ptr += "</div>";//文本“室内温度”ptr += "<div class=\"main_1\" style=\"width:430px; height: 450px;float: left; padding: 15px; background-color: rgb(62, 109, 95);\">\n";ptr += "<h2 class=\"font_1\" style=\"text-align: center; line-height: 120px; font-size: 80px; margin: 50px;\">室内温度</h2>\n";ptr += "<h2 class=\"font_1\" style=\"font-size: 80px; line-height: 150px;\">";ptr += (int)Temperaturestat;ptr += "°C </h2>\n";ptr += "</div>";//文本“室内湿度”ptr += "<div class=\"main_1\" style=\"width:430px; height: 450px;float: right; padding: 15px; background-color: rgb(124, 85, 59);\">\n";ptr += "<h2 class=\"font_1\" style=\"text-align: center; line-height: 120px; font-size: 80px; margin: 50px;\">室内湿度</h2>\n";ptr += "<h2 class=\"font_1\" style=\"font-size: 80px; line-height: 150px;\">";ptr += (int)Humiditystat;ptr += "% </h2>\n";ptr += "</div>";//定义温度变量，并且赋值，用于逻辑判断。int wd = Temperaturestat ;int i =0;if (wd>=30){ptr += "<div class=\"foot_2\"> 天气炎热，注意防暑 </div>";for(i=0;i<3;i++){tone(PIN_BEEP, frequency);  //打开蜂鸣器delay(300);noTone(PIN_BEEP);  //关闭蜂鸣器 } }if (29>=wd && wd>20){ptr += "<div class=\"foot_2\"> 天气晴朗，适合玩耍 </div>";}if (wd<10){ptr += "<div class=\"foot_2\"> 天气酷寒，注意保暖 </div>";}ptr +="</body>\n";ptr +="</html>\n";return ptr;
}

2、web端代码

<!DOCTYPE html>
<html lang="en"><head><meta charset="UTF-8"><meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>监控系统</title><style>* {margin: 0;padding: 0;}body {width: 100%;background-color: rgb(232, 232, 168);margin: 0;padding: 0;font-family: "montserrat";background-image: linear-gradient(125deg, rgb(232, 232, 168), rgb(188, 152, 210), #c2e9fb, #C2FFD8);background-size: 400%;animation: bganimation 15s infinite;}@keyframes bganimation {0% {background-position: 0% 50%;}50% {background-position: 100% 50%;}100% {background-position: 0% 50%;}}.box .header {width: 500px;margin: 50px auto;padding: 50px;}.header h1 {text-align: center;border-radius: 25%;background-color: rgb(215, 226, 179);line-height: 100px;}.center ul {display: flex;justify-content: space-around;list-style: none;}.center ul li {width: 150px;height: 80px;text-align: center;line-height: 80px;background-color: antiquewhite;}.center ul li a {display: block;width: 100%;height: 100%;}.center ul li:hover {background-color: #c2e9fb;box-shadow: 10px 10px 5px grey;}.times {width: 300px;height: 50px;text-align: center;line-height: 50px;border-radius: 50px;padding: 0 auto;margin: 100px auto;background-color: rgb(232, 232, 168);background-color: rgb(254, 254, 254);}.foot {font-size: 20px;width: 300px;height: 70px;margin: 80px auto;text-align: center;line-height: 70px;padding: 15px;}</style>
</head><body><div class="box"><div class="header"><h1>室内温室检测系统</h1></div><div class="center"><ul><li><a href="http://192.168.205.49" style="text-decoration: none;">主人房</a></li><li><a href="http://192.168.205.32" style="text-decoration: none;">客房</a></li></ul></div><div class="times"></div><div class="foot">开发人员：伍家麒、邱宝滢</div></div>
</body>
<script>const times = document.querySelector('.times')function getDate() {const date = new Date()let h = date.getHours()let m = date.getMinutes()let s = date.getSeconds()h = h < 10 ? '0' + h : hm = m < 10 ? '0' + m : ms = s < 10 ? '0' + s : stimes.innerHTML = `时间：${date.getFullYear()}-${date.getMonth() + 1}-${date.getDate()}  ${h}:${m}:${s}`}getDate()setInterval(getDate, 1000)
</script>
</html>

五、实验测试、结果分析

室内温湿度检测系统设计完成后，对其功能进行测试。当手动握住温湿度传感器时，温度处于报警区间。在此过程中，通过wifi与web端连接，将数据实时传送到web界面，当数据改变时，web界面呈现的数据发生改变。经过以上测试，说明系统正常运行并满足其设计要求。实验结果图如下：

六、总结、心得体会

本系统以ESP 8266为核心部件的控制系统，利用web编程，最终基本上实现了各项要求。虽然系统还存在一些不足，不过大体能反映出设计的目的和要求，与理论计算的结果相进。空气质量检测系统已成为21世纪热门研究话题之一，无论是从生产还是生活方面，与人类都是息息相关的，而智能化的控制温湿度已经发展成为一种必然。

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