张玉伟，左云波，王倪珂
(北京信息科技大学现代测控教育部重点实验室，北京100192)
摘要：显湿度测量系统在工农业生产中发挥着重要作用，但因安装成本高，使用不便等限制其在智能化工农业生产中的推广。介绍 一种基于I o T技术及太阳能技术的在线温湿度测量测量系统，采用ESP8266和D H T11温湿度传感器，通过W i F i技术实现实时与 互联网平台的数据传输、统计。 关键词：温湿度测量；单片机；物联网
中图分类号:T M935.44 文献标识码：B D O I：10.16621/j.c n k i.is s n1001-0599.2018.07.26
0引言
环境的温湿度值对工农业生产及气象监测等行业具有极其重
要的参考价值[1]。现有的温湿度测量系统普遍智能程度不高、可靠性
差、测量精度低且系统供电成本高，无法在工农业生产中得到大规模
的应用。以绿、环保的太阳能电池为系统提供电源保障，选用
ESP8266芯片和D H T11温湿度传感器，利用先进的无线网络传输
技术和Io T(In te m e t o f T h in g s，物联网)技术将温湿度数据上传到互
联网平台，实现对数据的实时监测是一种行之有效的解决方案。
1系统总体构成和工作原理图1系统总体设计框图根据使用目的和应用环境的不同，基于
I o T的在线温湿度测量系统既可以实现某单
一位置的温湿度值测量，也可在目标范围附
近安装多个采样点，实现更为准确的监测。
整个系统由供电模块太阳能板和锂电池，带
W iF i模块的应用芯片ESP8266，D H T11温
湿度传感器监测单元及互联网操作平台组
成。系统的总体结构如图1所示。
2系统硬件设计
2.1太阳能电池板
太阳能电池板应用广泛，是一种低碳
环保且实用的小型户外电源，能够通过组
装太阳能电池片多少来实现各种电压配
置的需要。根据设计要求选，用单片提供0.5 V左右电压值的 单晶125 m m x125 m m太阳能晶娃电池片作为组件单兀，米用 9片即可提供4.5 V的电源电压，满足3.7 V锂电池4.2 V充 电电压的需要。为锂电池充电的工作电路如图2所示。 2.2 L D0稳压器模块
由于太阳能电池板提供的实际电压大于锂电池4.2 V的安 全充电电压，会降低锂电池的使用安全和使用寿命，所以必须对 太阳能电池提供的电压采取降压措施，满足充电要求。SPX3819 稳压器模块(图3)应用广泛，使用性能好，提供多个固定的输出 电压，其中提供可调的输出电压是重要的参考指标。
2.3防反接模块
设备组装过程中经常会出现电源接反的状况从而导致负载
图2锂电池充电模块电路
损坏，为了保护负载，需要对电路添加相应的防反接电路，通常在 设计时会利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。但是二极 管压降大，当电路中的额定电流较大时，还会导致发热量增大，需 要添加相应的散热装置。二
是利用MOS(m e ta l oxide
sem ico n d u cto，金属-氧化物-
半导体r)管的导通特性来设
计防反接电路(图4L M0S管
型防反接电路由于其具有内
阻小、压降低的特点在电路
中的到广泛的使用[2]，但是相
比二极管，其成本较高。
图3 S P X3819稳压器模块
70设备管理与组饍2018
翼7(上)
图4
M O S
管型防反
接保护电路
已知D H T 11温湿度传感器的工作电 I R F g l 20压为(3.3〜5.5)V ，锂电池的输出电压为3.7
3.7Vin |-^| -
V
，以及二级管的额定压降0.7 V ，如果直接 采用二极管防反接方式将会导致D H T 11 工作电压直接低于其正常工作电压，而采 用M 0S 管型防反接保护电路同时可以满 足所需要的电压，而且模块消耗功率小，所 以采用M 0S 管型防反接保护电路。2.4
ESP 8826和D H T 11温湿度传感器
相比其他开发模块，本设计选用的ESP 8826模块体积小， 功耗低，而且价格实惠，并且带有一个完整的且自成体系的W iF i 网络解决方案。同时ESP 8826支持固件透传功能，能够根据不 同的设计需要编写相应的固件对其进行升级。
D H T 11目前应用广泛，其在出厂时便进行了精确的湿度校
准，保证每一块都能满足使用要求。D H T 11的环境温度检测范 围（0〜50)°C ，检 m
测精度 1 °C [3]。 ^122 TXD-l 其相对湿度检
测范围在20%〜90%R H ，检测 精度为 1%R H ; dh t ii
同时D H T 11体 积相对较小、功 率消耗极低，能 够在20 m 的范围内进行有
图5
E S P 8266与D H T 11连接电路
3.3 V
YDD DATA GN D N C
GPI05
GN D
+3.3 V
RST TXD0
ADC RXD0E N GPI05GPI016GPI04GPI014GPIO0GPI012GPI02GPI013 GPI015VCC GN D O N 〇
g i g
2 ^
a i d
件1令卜I ESP8266-07
21 RXD-1
2019
18
GPIO0
17
1615
GN D
图6主程序流程
4针单排引脚封装也极大方便了与其他硬件的连接。图5是
D H T 11与ESP 8266连接电路。
3系统软件设计
3.1主程序设计主程序流程如图6所示，上电后，系统启动后能够自动连
接
W iF i 热点和网络平台账号，
一
切准备就绪后D H T 11采集周
围的温湿度，并不断地将数据发送到物联网数据平台。
3.2 I o T 平台
传感器进行数据上传和汇总的平台称为I o T 平台，其主要 进行物与物之间的信息交换和通信，也就通过了解物体上传感 器感知的各项信息来对物体进行识别、定位和监控，实现物体间 数据的共享。I o T 平台的建立解决了开发过程中各种自建网络 平台兼容性差，投入高，开发缓慢等问题。同时I o T 平台具有大 的数据存储容量，平台安全性高能够满足快速可靠的数据通信。
D o it I o T 平台是一个简单的物联网平台，可以满足对可温 湿度传感器进行数据上传并、统计、分析的需求，如图7其具备 多种数据形式展示，和数据下载功能。4结语
经过测试，基于I o T 的在 线温湿度测量 系统设计合理，相比以往，Io T 技术的应用，使 系统具有极好 的拓展性，为后 期系统升级预 留了开发空间，可以逐渐实现
真正意义上的智能化操作，以实现对多种信息的采集的需要。 此外，由于大大节约不必要的体力劳动，能够使人们进行更多 有价值的劳动，可以促进生产力向前发展。
北京市教委科技计划重点项目：微小磨粒在线检测信号测 量与识别方法研究(K Z 201611232032)。
参考文献
[1 ]田素贞，屈芳升.基于单片机的粮仓温湿度检测系统的设计与研究
[J ].河南科学，2012(1):90-93.[2 ]张浩华，赵小姝，于欣禾，程立英，马世军.基于A rd u in o 的温棚养殖
环境监控系统[J ].沈阳师范大学学报,2016(10) :455-458.[3 ]陈树成，杨志勇，王建佳.低功耗农业大棚温湿度测量仪设计[J ].农
机化研究,2014(8) :62-66.[4] 李腾飞.复杂光照条件下光伏发电系统输出特性及最大功率点跟踪
研究[D ].太原：太原理工大学,2014.[5] 聂剑.一种软启动与防反接保护电路[J ].电子产品世界,2015(3):
78-81.[6] 刘强强，翟宝蓉，任凯.基于D H T 11的温湿度监测系统[J ].电子产品
世界,2017(10):61-63.[7] 孙其博，刘杰，黎范春晓，孙娟娟.物联网：概念、架构与关键技术
研究综述[J ].北京邮电大学学报,2010(6): 1-9.
〔编辑凌瑞〕
设备管理与组饍2018翼7(上)
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1
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