【RT-Thread软件包应用作品】+温湿度控制系统

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【RT-Thread软件包应用作品】+温湿度控制系统 [复制链接]

 

基于RT-THREAD系统的智能家庭温湿度控制系统

1. 项目来源

    东北的冬天寒冷而干燥，孩子晚上学习和睡觉的时候会因为环境太干燥或太冷而不适，严重的时候，一觉醒来嗓子都沙哑了，鼻子里面都有血嘎巴。本地的老手段是在孩子卧室里面放一盆水，改善屋内湿度，但是效果明显不好，基于以上的情况，设计了一个孩子卧室内的小型智能温湿度控制器，让室内温度和湿度适宜。

2. 项目概述

    这个项目基于W601开发板和板载传感器完成室内温湿度采集，通过构建无线网络MQTT消息服务器，完成采集数据和控制命令传递，采用其它支持MQTT的硬件完成温度和湿度设备控制。

    网络架构图如下：

  

项目网络架构图

1. 温湿度采集器 （RT-THREAD+软件包（aht10，easyflash,fal,nettuils,mqtt））

以W601开发板及板载温湿度传感器为基础硬件，RT-THREAD实时IOT操作系统为基础软件。基于wifi网络和MQTT消息协议完成数据采集和传递。

2. 温湿度执行器

以ESP32开发板为硬件基础，基于wifi网络和MQTT消息协议完成数据解析和控制执行。

3. MQTT消息服务器

以Raspberry Pi Zero W为硬件基础，运行开源eclipse mosquitto broker消息服务器。

4. 环境温湿度控制器

通过windows应用程序，使用开源paho MQTT的client库，基于wifi网络和MQTT消息协议获取传感器数据，通过一定的判断逻辑，发送控制命令。

3. 项目实现
1. 温湿度采集器

1. 硬件原理

温湿度采集器是基于正点原子W601评估板,采用板载的温湿度传感器AHT10，I2C总线获取数据，数据精度0.1度温度或0.1%湿度。

2. 开发环境建立

参见帖子《https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1098918-1-1.html》中关于采用env+arm-gcc建立开发环境部分。

3. 软件原理

软件设计基于RT-THREAD实时IOT操作系统，利用线程技术实现，MQTT信息获取，MQTT信息发送，传感器信息采集。软件设计主要流程见下图描述。

当wifi完成连接建立后，自动调用MQTT启动函数，完成一个MQTT客户端的建立和初始化工作，同时会创建一个接收线程，用来接收来自MQTT分发的消息数据 。同时程序会创建一个数据发送线程，用来将温湿度数值发送到MQTT消息服务器。为了保证消息传递的实时性，数据发送采用变化阈值和定时发送相结合的方式，保证数据变化较大时数据可以立刻更新，如果数据长期维持或变化较小，也可以采用定时的方式保证数据刷新。

程序启动后，建立温湿度传感器获取线程，程序首先寻找和打开温湿度传感器设备，采用定时方式读取温湿度传感器的数值。

2. 温湿度执行器

1. 硬件原理

采用bpi:uno32基于ESP32，具有板载WiFi功能，兼容Arduino UnoR3的引脚输出。

2. 软件原理

采用Arduino开发环境，使用EspMQTTClient库，接收来自消息服务期的两条命令，分别为/mqtt/02/R1和/mqtt/02/R2两个主题的控制命令，其中/mqtt/02/R1用来控制一对继电器接点，启动加热器；/mqtt/02/R2用来控制另一对继电器接点，启动加湿器。这里为了表征简单，用led指示灯代替继电器接点的输出，其中加热器接点输出用绿灯表示，加湿器接点输出用红灯表示。

Bpi:uno32同时定时发送一条消息，/mqtt/02/S1表征自己的在线状态，供控制器检查使用。

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3. MQTT消息服务器

1. 硬件原理

采用树梅派成熟开源硬件Raspberry Pi Zero W。

基本参数描述：

50. Broadcom BCM2835

1GHz ARM11内核

50. 512MB 内存
50. 802.11 b/g/n WiFi无线网卡
50. 低功耗蓝牙4.1 (BLE)
50. Micro SD 卡插槽
50. Mini-HDMI接口 (可输出1080p60视频)
50. Micro-USB供电接口
50. Micro-USB OTG通信接口
50. 40PIN GPIO接口焊盘 (兼容A+/B+/2代B/3代B)
50. CSI摄像头接口
50. 复合视频接口焊盘
50. 复位接口接口焊盘
50. 尺寸：65mm x 30mm x 5mm

选择树梅派ZeroW的目的：

    从基本参数性能上看，它的性能不是超级强悍，但是它集成WiFi，512M的内存，加上１ＧＨｚ的主频完全可以满足ＭＱＴＴ消息服务器的数据处理需求。

2. 软件基础

采用官方最新的2019-09-26-raspbian-buster-lite系统，没有图形界面，因为我们完全不需要。系统中集成了树梅派的ｇｃｃ编译器，后面会用到。

3. MQTT服务器建立

架设MQTT服务器的软件很多，选择Eclipse Mosquitto　broker是因为他的系统比较简单，容易架设，不需要系统的性能多么强大，更主要的是部署简单。

• 源代码下载

Eclipse Mosquitto服务器是开源软件broker，可以直接从网站克隆或下载最新的代码。

地址：　https://mosquitto.org/download/

• 编译源码

下载当前版本：　mosquitto-1.6.7.tar.gz

安装必要的库：　sudo apt-get install build-essential python quilt libwrap0-dev libssl-dev 　devscripts 　python-setuptools

编译：　make

不出什么意外可以编译通过的，如果编译中提示缺少库，可以直接安装。

最后一个帮助文件生成总是提示有问题，不过这个不影响程序运行。

• 配置执行

编译通过后，执行文件叫做mosquitto。如果我们希望调试设备连接和数据交互，可以采用-v参数；如果希望以服务的形式运行，可以使用-d参数。

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4. 温湿度控制器

温湿度控制器采用labview+开源的lv-mqtt库完成。

1. 主画面

软件分为左右两个部分，左侧为消息服务器连接基本信息，和程序控制按键；右侧为实现控制功能的主要显示和输入部分。其中温度和湿度分别采用两个指针表，黑色指针为当前环境温湿度只是，红色指针为阈值设置。如果当前环境温湿度低于设定值，温湿度越线指示灯亮，同时会给执行器发送相应的启动加热器或启动加湿器的控制命令。

    温湿度阈值可以通过温度定值和湿度定值完成设定。

   

2. 软件处理流程
   • 系统初始化和mqtt服务器连接

• • 订阅和接收消息服务期信息

• • 解析和判断信息，并且发送相应的控制命令

温度获取和判断

湿度获取和判断

• • 系统退出

反初始化并退出系统

4. 项目总结

本项目已MQTT消息服务为基础，采用RT-THREAD实时IOT操作系统，结合W601开发板板载传感器完成温湿度，并利用自身集成的WiFi接入局域网，将传感器数据共享到消息服务期。利用开源的硬件和开源软件假设MQTT消息服务器和执行器，采用labview实现界面友好的控制器。

       本系统实现了基本数据采集，转发共享，解析判断，控制执行的各个环节，完成了设定的主题。

   5. 视频展示

    优酷视频： https://v.youku.com/v_show/id_XNDQ1OTQxNDA0MA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1

 

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由于时间原因，系统还存在缺陷，不过基本功能和架构都已经可用。

源码：

    采集器W610源码  w601采集器.rar (6.87 MB, 下载次数: 34)

2019-12-5 21:33 上传

点击文件名下载附件

   执行器源码  bpi.ino (3.23 KB, 下载次数: 7)

2019-12-5 21:34 上传

点击文件名下载附件

   控制器源码  温湿度控制器.rar (1 MB, 下载次数: 25)

2019-12-5 21:35 上传

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禅师

楼主厉害，我的作品都还没整理出来，明天周六整理下

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禅师 发表于 2019-12-6 14:56 楼主厉害，我的作品都还没整理出来，明天周六整理下

时间比较紧,所以内容实现的还需努力啊