论文总字数：18970字

目 录

1 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 论文结构 2

1.4 论文主要研究内容 2

2 室内环境监测控制系统需求分析及总体方案设计 4

2.1 室内环境监测控制系统需求分析 4

2.2 室内环境监测控制系统总体方案设计 4

3 系统硬件的设计 5

3.1 系统的硬件总体设计 5

3.2 系统硬件部分设计 5

3.2.1 ESP8266-12E无线Wi-Fi模块的设计 5

3.2.2 SHT20数字温湿度传感器的设计 8

3.2.3 超声波雾化器、负离子发生器的设计与原理 10

4 系统软件的设计 13

4.1 系统的软件总体设计 13

4.2 MQTT协议 13

4.2.1 MQTT协议概念 13

4.2.2 MQTT协议特点 13

4.2.3 MQTT协议消息类型 14

4.3 系统的软件设计流程图 14

4.4 系统的净化功能软件设计 15

4.5 web服务器建立与获取操作数据设计 15

4.5.1 数据库的选择与建立 15

4.5.2 web服务器建立 16

5系统调试及功能性能测试 18

5.1 SHT20数字温湿度传感器模块相关程序测试 18

5.2 ESP8266 12E的 Wi-Fi连接测试 18

5.3 与云平台连接测试 19

5.4 传输数据测试 19

5.5 web服务器页面显示 20

5.6 总结 24

6 总结与展望 25

6.1总结 25

6.2展望 25

参考文献 26

致谢 27

基于物联网的室内环境监测控制系统设计

董浩

，China

Abstract：In recent years, the technology of the Internet of Things has developed rapidly, and people's lives are inseparable from the Internet in every aspect. Various intelligent product concepts have emerged one after another. Smart home is to connect the home intelligence, it can connect with the Internet through the wireless sensor module, and people can remotely control all connected devices under the home network. This paper designs an indoor environment monitoring and control system based on the ESP8266-12E wireless Wi-Fi module that is launched by Anxin Kefa with temperature and humidity environment monitoring function, intelligent humidity regulation and air purification.

This design uses the SHT20 digital temperature and humidity sensor as a data collector to detect the temperature and humidity in the air. The wireless Wi-Fi module sends the data measured by the SHT20 digital temperature and humidity sensor to the cloud platform. The cloud platform accepts the data stream and displays the data. Realize the real-time update data function. At the same time, the design will use Python to design a web server to read the data stream data on the cloud platform, insert the data into the MySQL database, and operate on the saved data. Based on the analysis of the indoor environment, the system automatically starts the ultrasonic atomization device and the negative ion generator so as to achieve the function of purifying the air environment and satisfy people's demands for a high-quality and safe living environment.

Key words：Internet of Things; ESP8266-12E; Cloud Platform; Python;MySQL Database

1 绪论

课题研究背景及意义

上世纪末，马萨诸塞州麻省理工学院的一位教授在世界范围内首次提出物联网的概念。当时，美国的社会经济迅速发展，信息技术方面的能力在全世界都很突出，其传感器技术发达，国内上市的芯片种类繁多并且功能齐全，当时美国已然具备了将物联网技术社会化的能力，因此在后来的物联网技术发展中，美国处于领先地位，并引领世界。随后，世界各国逐渐重视这项技术，并相继进行了一定量的相关学术研究，物联网技术在全世界范围内得到飞速发展。现在我们都知道，信息获取和感知技术这两种能力必然离不开传感器技术，因而当时传感器的发展为物联网的发展带来了便利。随着社会不断进步，人的思维变得更加开阔，人们经过不断尝试，成功将物联网技术运用到我们的生活中去，比如我们生活中接触到的智能家居、智能交通就是物联网技术与原有技术的综合。

物联网设备化技术，主要通过物联网技术，将原有的电器连接到同一个网络平台上。比如智能家居技术就是将传统家居设备物联网化，使得家居设备不仅具有传统的使用功能，同时提供人们远程数据读取以及远程控制的功能。现如今，人类社会发展迅速，科技日新月异，不过这一切发展的代价是过度消费大自然，这就造成自然环境日益恶化，对人日益不友好。在我国北方，雾霾现象尤为严重；全国各大城市的PM2.5值相对都很高。人们在工作生活的同时，或多或少会受到这些不舒适的自然环境侵扰，出现身体不适现象。社会的进步和科学技术的发展，不仅给我们的生活带来了很多便利，也带来了许多安全隐患^[1]，比如电力泄漏、电器的老化造成的火灾、煤气泄漏引起的中毒或爆炸等现象。种种原因，人们希望有一个舒适的、清新安逸的居住环境。因此，研究能够远程监控的智能环境系统具有一定的意义，该系统不仅适用于家庭，而且适用于所有需要舒适安逸环境的地方。

设备智能化能使用的协议和标准有很多种，大部分的智能化产品都是采用的综合布线的方式，不过这种有线的通信方式由于布线繁琐复杂，维修成本高，逐渐被无线传感技术取代^[2]。无线传感技术是物联网关键技术之一，有着成本低、功耗低和分布式布线的优点。无线传感技术就是在一定区域中布置多个传感器，各个传感器工作就能检测可靠的环境参数。因此，构建智能环境监测控制网时，选择无线传感网络相对来说好一些，其能满足人们对室内环境监测控制的需求。所以，本文研究一套基于无线传感的室内环境监测系统，能带给人们舒适安逸的居住、生活、工作环境的同时，也能够给人们提供远程监测控制的可能。

国内外研究现状

生活环境对人的影响很大，人们也乐于有一个舒适的生活工作环境。上世纪八十年代，物联网概念在美国被提出，随后其被运用到生活的各个领域去，其拥有提供人们美好的生活环境的可能。将物联网技术运用最好的就是智能家居，首例智能家居在美国出现，随后全世界范围内的发达国家先后推出了各自的智能家居发展方案政策。早先新加坡推广的智能家居系统的功能相对来说比较齐全，不过新加坡的这个智能家居系统的节点连接是通过有线方式完成的，在当时这一技术有着先进性，不过由于其本身的缺陷，有线布置逐渐被无线通信替代。韩国的智能家居主要通过无线将各节点数据传送到机顶盒，之后再通过宽带网络技术远程获取数据监控家居环境，以确保家居环境的适宜性，保证人们居住的安全^[3]。

在设备智能化方面，像美国、德国、日本这些发达国家已经走在了世界前例，他们在世界范围内都已经取得相关的质量认证，在全球的市场竞争中占有很大的优势，而国内相关技术在这几年才刚刚火起来，因此我国智能设备在国际市场上相对薄弱。在我国，由于市场消费观念未成形以及国内科技水平的限制，设备智能化发展有点滞后。不过中国地大物博，人口众多，随着人们消费水平的不断提高，人们对生活环境容忍度也会不断的下降，因此人们对改善生活环境的智能设备需求会增加，这变相的给我国智能设备提供市场需求。

论文结构

本论文结构安排如下：

第一章：绪论。本章节主要阐述了课题的研究背景及意义，讲述了物联网的发展历程，讲述了研究本课题的社会意义。

第二章：室内环境监测控制系统需求分析及总体方案设计。本章节主要讲述系统的需求分析，以及系统的总体方案设计。其中会介绍系统的设计整体框图，系统设计主要分为硬件部分和软件部分两个方面。

第三章：系统硬件的设计。本章节主要介绍系统的硬件设计，首先简单介绍系统的硬件总体设计方案，之后分别介绍主芯片ESP8266-12E、SHT20数字温湿度传感器以及超声波雾化与负离子发生器这三个方面的功能原理与硬件设计。

第四章：系统软件的设计。本章节主要介绍系统的全部软件设计，首先介绍系统的总体软件设计功能框图，之后介绍主芯片ESP8266-12E无线Wi-Fi模块与云平台连接所用的传输协议-MQTT协议，接着就画出本系统的软件运行流程图，给出具体的说明，最后讲述净化装置的软件设计实现方案。

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