监测系统 数据上传（三）"/>
Arduino 基于OneNet的环境监测系统 数据上传（三）
摘要
随着计算机科学的快速发展, 以及互联网技术的发展, 人机交互技术的研究向着使人和实验室管理系统以更加舒服、更加自然、更加有效率的方式发展。智能实验室是一种自然符合实验室管理人员习惯性的管理方式, 拥有有实验室全景的直观性, 通过各种传感器, 将实验室的数据进行采集打包, 并且经过本地服务器的数据融合算法对数据处理过滤后，利用互联网将数据传输到云端服务器, 再使用客户端向云端服务器请求相应的数据, 并且显示在客户端的界面上。本系统是以Arduino开源控制板，结合传感器技术及HTTP请求对系统硬件构架，功能模块及软件设计进行研究，系统通过温湿度传感器，烟雾传感器，光照传感器等作为采集设备，进行信息采集和处理后，发送给本地服务器，本地服务器对采集的数据进行算法处理后，监测实验室内环境是否异常，如若异常而产生相应的处理措施，并且通过WiFi模块发送到云端服务器。Web客户端和手机客户端通过网络连接着云端服务器，可实时监测实验室内的环境情况。经过测试，系统部署快速简易，搭建成本较低，在扩展性、普及性、定制性和适用性方面具有较好的表现，有效的针对校园实验室环境进行监测，增强设备仪器的使用寿命
总体设计
系统由测量模块、数据采集与控制模块、数据处理与通信模块、物联网云平台模块等多个模块组成并实现了温湿度、烟感、光照等实验室环境数据信息的采集和上报．测量模块包含多种传感器对烟感、温度、湿度和光照数据进行感知测量采集，数据采集是通过Arduino控制板读取传感器数据，Arduino控制板对数据经过中位值滤波法后，进行防脉冲干扰平均滤波法处理和过滤，利用通信模块4G或WiFi网络传输数据至云端服务器，通过第三方物联网平台OneNET来实现数据的收集、处理和监控．同时，云平台的传感数据可以随时通过OneNET进行调用，实时查看实验室环境的监控信息，并可设置相应阈值实现自动报警功能，在异常环境下的设备维护需要而进行断电处理。系统以OneNET平台的Web及手机APP作为客户端，使用柱状图和折现图及仪表盘作为显示，直观的明了的展示数据的变化，通过多组传感器采集数据进行数据的对比，提高系统的可靠性，系统在环境采集的同时，也实现了远程控制设备，进而达到加强实验室的安全防范的目的。
系统具有可高度个性化采集数据节点、历史数据，可靠性强、易扩展，便携式以及成本低等特点。
所需硬件
- Arduino UNO x2
- ESP8266-01s X2
- DHT11温湿度传感器
- 4路继电器模块
- MQ-2烟雾气敏传感器模块
- RGB全彩灯
- 蜂鸣器
- 红外接收模块
- 光线传感器
- 红外遥控
Arduino UNO开发板：
ESP8266-01S：
DHT11温湿度传感器：
4路继电器模块：
MQ-2烟雾气敏传感器模块：
RGB全彩灯：
蜂鸣器：
红外接收模块：
光线传感器：
红外遥控：
Arduino UNO扩展板设计：
实物图：
功能述说
温湿度、光线、烟雾传感器作为采集节点，负责采集温度、湿度、光线、烟雾的数据，红外接收模块负责接收红外遥控的遥控信号，ESP8266 WIFI模块负责连接OneNet模块，将采集节点的数据传给OneNet服务器。当温度>50，湿度>80，烟雾>600 时，蜂鸣器发出报警，温度报警RGB彩灯发出红光，持续时间10s，如果10s内红外遥控按下ok，则关闭报警。同理，湿度报警发出蓝光，烟雾报警发出绿光
程序
Arduino UNO板1（数据上传，环境监测数据）
#include <dht11.h> //引用dht11库文件，使得下面可以调用相关参数
#include <Metro.h>
#include <IRremote.h>//红外
#include <IRremoteInt.h>
//#include <MsTimer2.h> //定时器库的头文件
#include <Adafruit_NeoPixel.h> //RGB
#include<pt.h>//声明protothread
#include<PT_timer.h>//声明pt.timer
#define MAX_LED 9
#define DHT11PIN 8 //定义温湿度针脚号为8号引脚
#define DHT11PIN2 9 //定义温湿度针脚号为9号引脚
#define MQ_2_1PIN A0 //定义烟雾1引脚为A0
#define MQ_2_2PIN A1 //定义烟雾2引脚为A1
#define BuzzerPIN A3 //定义蜂鸣器引脚A2
#define ButtonPIN 4 //定义复位按键引脚4
#define LightPIN A2 //定义光线传感器引脚A2
#define RGBPIN 5 //定义RGB灯引脚
#define SMO1PIN 7
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(2,3);//RX=2,TX=3
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel( MAX_LED, RGBPIN, NEO_RGB + NEO_KHZ800 );//长度，引脚，类型
dht11 DHT11; //实例化一个对象
dht11 DHTT11_2;
Metro T_Hmetro = Metro(2500); //把 blink1Metro 实例化 Metro 对象 ，并设置间隔时间
Metro timermetro=Metro(1000);
PT_timer servotimer1;
PT_timer servotimer2;//定义两个计时器
PT_timer servotimer3;//继电器的定时器
IRrecv irrecv(ButtonPIN);//红外
decode_results results;//红外
uint8_t c;
static struct pt pt1,pt2,pt_r1_on,pt_r2_on,pt_r3_on,pt_r1_off,pt_r2_off,pt_r3_off;//线程
int data=0;//采样data继电器数据
int data_Value;//算法消抖后数据 防脉冲干扰平均滤波法
int H=49;//ASCII
int L=48;
int tem_Value,hum_Value,tem2_Value,hum2_Value,smo1_Value,smo2_Value,light;//滤波后
int tem_warn=0,hum_warn=0,smo_warn=0;
int Tem_Value,Hum_Value,Tem2_Value,Hum2_Value,Smo1_Value,Smo2_Value;//报警数据
bool B_Flag=true;
bool relay_all=false;
bool flag;//红外状态标识
bool relay_flag;//WiFi是否被占用
int label;
int init_light=250;//初始亮度
int init_color = 0;//初始颜色
int key=0;
//bool close_warn=false;//uint32_t color_green = strip.Color(255,0,0);
//uint32_t color_red = strip.Color(0,255,0);
//uint32_t color_blue = strip.Color(0,0,255);
//uint32_t color[] = {color_no,color_red,color_green,color_blue};
void setup() { //设置Serial.begin(115200); //设置波特率参数
pinMode(DHT11PIN,INPUT); //定义输出口
pinMode(DHT11PIN2,INPUT);
pinMode(MQ_2_1PIN,INPUT);
pinMode(MQ_2_2PIN,INPUT);
pinMode(BuzzerPIN,OUTPUT);
pinMode(RGBPIN,OUTPUT);
pinMode(SMO1PIN,INPUT);
pinMode(LightPIN,INPUT);
strip.setBrightness(init_light);
strip.setPixelColor(0, strip.Color(0,0,0));//G R B irrecv.enableIRIn(); //初始化红外遥控
mySerial.begin(115200); //软串口波特率初始化PT_INIT(&pt1);PT_INIT(&pt2);//两个线程初始化，其实就是pt->lc归零PT_INIT(&pt_r1_on);PT_INIT(&pt_r2_on);PT_INIT(&pt_r3_on);PT_INIT(&pt_r1_off);PT_INIT(&pt_r2_off);PT_INIT(&pt_r3_off);}void loop() { //循环if(timermetro.check()){int chk = DHT11.read(DHT11PIN); //将读取到的值赋给chkint tem=(float)DHT11.temperature; //将温度值赋值给temint hum=(float)DHT11.humidity; //将湿度值赋给humdelay(10);int T1=Filter(tem);int H1=Filter(hum);tem_Value=Filter2(T1);//经过Filter(tem)中位值滤波法后的温度hum_Value=Filter2(H1);int chk2 = DHTT11_2.read(DHT11PIN2); //将读取到的值赋给chkint tem2=(float)DHTT11_2.temperature; //将温度值赋值给temint hum2=(float)DHTT11_2.humidity; //将湿度值赋给humdelay(10);int T2=Filter(tem2);//经过Filter(tem)中位值滤波法后的温度int H2=Filter(hum2);tem2_Value=Filter2(T2);hum2_Value=Filter2(H2);int smo1=analogRead(MQ_2_1PIN);int smo2=analogRead(MQ_2_2PIN);int S1=Filter(smo1);int S2=Filter(smo2);smo1_Value=Filter2(S1);smo2_Value=Filter2(S2);float light_=analogRead(LightPIN);light=light_/10.24;}// Serial.println(light);
//if(hongwai(1)||hongwai(2)||hongwai(3)||hongwai(4)||hongwai(5)||hongwai(6)){
//
//}else{
//
//}
if(T_Hmetro.check()&&relay_flag){ //检查blink1Metro间隔(我的理解是计时器每隔100毫秒就会返回true，就执行以下程序)mySerial.println("POST =3 HTTP/1.1"); //打印出http协议post命令mySerial.println("api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o="); //apikey OneNet提供的keymySerial.println("Host:api.heclouds"); //主机mySerial.println("Connection:close"); //断开连接 mySerial.println("Content-Length:69"); //传送的字节mySerial.print("\r\n{\"TEM\":"); //换行 传送格式{"TEM":tem,"HUM":hum}mySerial.print(tem_Value); //打印温度数据mySerial.print(",\"HUM\":"); //传送格式mySerial.print(hum_Value); //打印湿度数据mySerial.print(",\"TEM2\":"); //传送格式mySerial.print(tem2_Value); //打印温度数据mySerial.print(",\"HUM2\":"); //传送格式mySerial.print(hum2_Value); //打印湿度数据mySerial.print(",\"SMO\":"); //传送格式mySerial.print(smo1_Value); //打印温度数据mySerial.print(",\"SMO2\":"); //传送格式mySerial.print(smo2_Value); //打印湿度数据mySerial.print(",\"LIG\":"); //传送格式mySerial.print(light); //打印湿度数据mySerial.print("}"); //打印出}Tem_Value=tem_Value;Tem2_Value=tem2_Value;Hum_Value=hum_Value;Hum2_Value=hum2_Value;Smo1_Value=smo1_Value;Smo2_Value=smo2_Value;
// tem_warn=(tem_Value+tem2_Value)/2;//温度1和温度2 求平均用于警报触发
// hum_warn=(hum_Value+hum2_Value)/2;
// smo_warn=(smo1_Value+smo2_Value)/2;
}
if(Tem_Value>=50||Tem2_Value>=50){tem_warn=255;
}else{tem_warn=0;
}
//Serial.println();
//Serial.print(" t1 ");
//Serial.print(tem_Value);
//Serial.print(" t2 ");
//Serial.print(tem2_Value);
//Serial.print(" h1 ");
//Serial.print(hum_Value);
//Serial.print(" h2 ");
//Serial.print(hum2_Value);
//Serial.print(" s1 ");
//Serial.print(smo1_Value);
//Serial.print(" s2 ");
//Serial.print(smo2_Value);if(Hum_Value>=80||Hum2_Value>=80){hum_warn=255;
}else{hum_warn=0;
}if(Smo1_Value>=600||Smo2_Value>=600){smo_warn=255;
}else{smo_warn=0;
}mission1(&pt1);//线程1 检测是否发生温度，湿度，烟雾过高报警mission2(&pt2);//线程2 检测红外遥控是否按下OK 按下关闭警报if(relay_all){//是否发生警报Relay_all();//关闭所有设备
}
mission_r1_on(&pt_r1_on);
mission_r1_off(&pt_r1_off);
mission_r2_on(&pt_r2_on);
mission_r2_off(&pt_r2_off);
mission_r3_on(&pt_r3_on);
mission_r3_off(&pt_r3_off);
remote_control();
Serial.println(key);
//if(smo1_Value>=600||smo2_Value&&B_Flag){
// Serial.println("Buzzer");
// for(int i=200;i<=800;i++){
// tone(BuzzerPIN,i); //在四号端口输出频率
// delay(5); //该频率维持5毫秒
// }
// delay(2000); //最高频率下维持4秒钟
// for(int i=800;i>=200;i--)
// {
// tone(BuzzerPIN,i);
// delay(10);
// }
//}else{
// B_Flag=false;
//}if(digitalRead(ButtonPIN)==LOW){B_Flag=false;
// Serial.println("LOW");
}}
//
void remote_control(){switch(key){case 1:Relay1_on();break;case 2:Relay2_on();break;case 3:Relay3_on();break;case 4:Relay1_off();break;case 5:Relay2_off();break;case 6:Relay3_off();break;}
}static int mission1(struct pt *pt)
{PT_BEGIN(pt);//线程开始while(1){digitalWrite(BuzzerPIN,LOW);//蜂鸣器不响起relay_all=false;color_rgb(0,0,0);PT_WAIT_UNTIL(pt,Smo1_Value>=600||Smo2_Value>=600||Tem_Value>=50||Tem2_Value>=50||Hum_Value>=80||Hum2_Value>=80);//等烟雾浓度过大relay_all=true;color_rgb(tem_warn,smo_warn,hum_warn);//指示灯 red green bluedigitalWrite(BuzzerPIN,HIGH);//蜂鸣器响起servotimer1.setTimer(10000);//设定跪10秒，这里单位1为一微妙PT_WAIT_UNTIL(pt,(servotimer1.Expired()));//当时间溢出，这里是10秒就结束
}
PT_END(pt);//线程结束
}static int mission2(struct pt *pt)
{PT_BEGIN(pt);while(1)
{digitalWrite(BuzzerPIN,LOW);//蜂鸣器不响起color_rgb(0,0,0);PT_WAIT_UNTIL(pt,hongwai(15));digitalWrite(BuzzerPIN,LOW);//蜂鸣器不响起
// relay_all=false;color_rgb(0,0,0);PT_WAIT_UNTIL(pt,(servotimer1.Expired()));
}PT_END(pt);
}static int mission_r1_on(struct pt *pt)
{PT_BEGIN(pt);while(1)
{key=0;relay_flag=true;PT_WAIT_UNTIL(pt,hongwai(1));relay_flag=false;key=1;servotimer3.setTimer(5000);//设定跪2秒，这里单位1为一微妙PT_WAIT_UNTIL(pt,(servotimer3.Expired()));
}PT_END(pt);
}static int mission_r2_on(struct pt *pt)
{PT_BEGIN(pt);while(1)
{key=0;relay_flag=true;PT_WAIT_UNTIL(pt,hongwai(2));relay_flag=false;key=2;servotimer3.setTimer(5000);//设定跪2秒，这里单位1为一微妙PT_WAIT_UNTIL(pt,(servotimer3.Expired()));
}PT_END(pt);
}static int mission_r3_on(struct pt *pt)
{PT_BEGIN(pt);while(1)
{key=0;relay_flag=true;PT_WAIT_UNTIL(pt,hongwai(3));relay_flag=false;key=3;servotimer3.setTimer(5000);//设定跪2秒，这里单位1为一微妙PT_WAIT_UNTIL(pt,(servotimer3.Expired()));
}PT_END(pt);
}static int mission_r1_off(struct pt *pt)
{PT_BEGIN(pt);while(1)
{key=0;relay_flag=true;PT_WAIT_UNTIL(pt,hongwai(4));relay_flag=false;key=4;servotimer3.setTimer(5000);//设定跪2秒，这里单位1为一微妙PT_WAIT_UNTIL(pt,(servotimer3.Expired()));
}PT_END(pt);
}static int mission_r2_off(struct pt *pt)
{PT_BEGIN(pt);while(1)
{key=0;relay_flag=true;PT_WAIT_UNTIL(pt,hongwai(5));relay_flag=false;key=5;servotimer3.setTimer(5000);//设定跪2秒，这里单位1为一微妙PT_WAIT_UNTIL(pt,(servotimer3.Expired()));
}PT_END(pt);
}static int mission_r3_off(struct pt *pt)
{PT_BEGIN(pt);while(1)
{key=0;relay_flag=true;PT_WAIT_UNTIL(pt,hongwai(6));relay_flag=false;key=6;servotimer3.setTimer(5000);//设定跪2秒，这里单位1为一微妙PT_WAIT_UNTIL(pt,(servotimer3.Expired()));
}PT_END(pt);
}void color_rgb(int r,int g,int b){strip.setPixelColor(0, strip.Color(g,r,b));strip.show();
}void Relay_all()
{mySerial.println("POST =3 HTTP/1.1"); //打印出http协议post命令mySerial.println("api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o="); //apikey OneNet提供的keymySerial.println("Host:api.heclouds"); //主机mySerial.println("Connection:close"); //断开连接 mySerial.println("Content-Length:39"); //传送的字节mySerial.print("\r\n{\"Relay\":"); //换行 传送格式{"Relay":L1,"Relay2":L2}mySerial.print(0); //打印温度数据mySerial.print(",\"Relay2\":"); //传送格式mySerial.print(9); //打印湿度数据mySerial.print(",\"Relay3\":"); //传送格式mySerial.print(4); //打印湿度数据mySerial.print("}");
}void Relay1_on(){mySerial.println("POST =3 HTTP/1.1"); //打印出http协议post命令mySerial.println("api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o="); //apikey OneNet提供的keymySerial.println("Host:api.heclouds"); //主机mySerial.println("Connection:close"); //断开连接 mySerial.println("Content-Length:24"); //传送的字节mySerial.print("\r\n{\"Relay\":"); //换行 传送格式{"Relay":L1,"Relay2":L2}mySerial.print(2); //打印温度数据mySerial.print("}");
}void Relay2_on(){mySerial.println("POST =3 HTTP/1.1"); //打印出http协议post命令mySerial.println("api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o="); //apikey OneNet提供的keymySerial.println("Host:api.heclouds"); //主机mySerial.println("Connection:close"); //断开连接 mySerial.println("Content-Length:24"); //传送的字节mySerial.print("\r\n{\"Relay2\":"); //换行 传送格式{"Relay":L1,"Relay2":L2}mySerial.print(3); //打印温度数据mySerial.print("}");
}void Relay3_on(){mySerial.println("POST =3 HTTP/1.1"); //打印出http协议post命令mySerial.println("api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o="); //apikey OneNet提供的keymySerial.println("Host:api.heclouds"); //主机mySerial.println("Connection:close"); //断开连接 mySerial.println("Content-Length:24"); //传送的字节mySerial.print("\r\n{\"Relay3\":"); //换行 传送格式{"Relay":L1,"Relay2":L2}mySerial.print(6); //打印温度数据mySerial.print("}");
}void Relay1_off(){mySerial.println("POST =3 HTTP/1.1"); //打印出http协议post命令mySerial.println("api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o="); //apikey OneNet提供的keymySerial.println("Host:api.heclouds"); //主机mySerial.println("Connection:close"); //断开连接 mySerial.println("Content-Length:24"); //传送的字节mySerial.print("\r\n{\"Relay\":"); //换行 传送格式{"Relay":L1,"Relay2":L2}mySerial.print(0); //打印温度数据mySerial.print("}");
}void Relay2_off(){mySerial.println("POST =3 HTTP/1.1"); //打印出http协议post命令mySerial.println("api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o="); //apikey OneNet提供的keymySerial.println("Host:api.heclouds"); //主机mySerial.println("Connection:close"); //断开连接 mySerial.println("Content-Length:24"); //传送的字节mySerial.print("\r\n{\"Relay2\":"); //换行 传送格式{"Relay":L1,"Relay2":L2}mySerial.print(9); //打印温度数据mySerial.print("}");
}void Relay3_off(){mySerial.println("POST =3 HTTP/1.1"); //打印出http协议post命令mySerial.println("api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o="); //apikey OneNet提供的keymySerial.println("Host:api.heclouds"); //主机mySerial.println("Connection:close"); //断开连接 mySerial.println("Content-Length:24"); //传送的字节mySerial.print("\r\n{\"Relay3\":"); //换行 传送格式{"Relay":L1,"Relay2":L2}mySerial.print(4); //打印温度数据mySerial.print("}");
}// 中位值滤波法
#define FILTER_N 5
int Filter(int getData) {int filter_buf[FILTER_N];int i, j;int filter_temp;for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {filter_buf[i] = getData;delay(1);}// 采样值从小到大排列（冒泡法）for(j = 0; j < FILTER_N - 1; j++) {for(i = 0; i < FILTER_N - 1 - j; i++) {if(filter_buf[i] > filter_buf[i + 1]) {filter_temp = filter_buf[i];filter_buf[i] = filter_buf[i + 1];filter_buf[i + 1] = filter_temp;}}}return filter_buf[(FILTER_N - 1) / 2];
}// 中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）（算法1）
#define FILTER_N 6
int Filter2(int GetData2) {int i, j;int filter_temp, filter_sum = 0;int filter_buf[FILTER_N];for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {filter_buf[i] = GetData2;delay(1);}// 采样值从小到大排列（冒泡法）for(j = 0; j < FILTER_N - 1; j++) {for(i = 0; i < FILTER_N - 1 - j; i++) {if(filter_buf[i] > filter_buf[i + 1]) {filter_temp = filter_buf[i];filter_buf[i] = filter_buf[i + 1];filter_buf[i + 1] = filter_temp;}}}// 去除最大最小极值后求平均for(i = 1; i < FILTER_N - 1; i++) filter_sum += filter_buf[i];return filter_sum / (FILTER_N - 2);
}bool hongwai(int r){flag=false;if (irrecv.decode(&results)) {
// Serial.println(results.value,HEX);switch(results.value){//1case 0xFFA25D:label=1;break;//2case 0xFF629D:label=2;break;//3case 0xFFE21D:label=3;break;//4case 0xFF22DD:label=4;break;//5case 0xFF02FD:Serial.println("5");label=5;break;//6case 0xFFC23D:label=6;break;//7case 0xFFE01F:label=7;break;//8case 0xFFA857:label=8;break;//9case 0xFF906F:label=9;break;//0case 0xFF9867:label=0;break;//upcase 0xFF18E7:label=11;break;//downcase 0xFF4AB5:label=12;break;//leftcase 0xFF10EF:label=13;break;//rightcase 0xFF5AA5:label=14;break;//okcase 0xFF38C7:label=15;break; //*case 0xFF6897:label=16;break;//#case 0xFFB04F:label=17;break;//elsedefault:break;}irrecv.resume(); // 接收下一个值}if(label==r) {flag=true;//确定返回label=99;//复位}return flag;
}/*
A、名称：中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
B、方法：采一组队列去掉最大值和最小值后取平均值，相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。N值的选取：3-14。
C、优点：融合了“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”两种滤波法的优点。对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由其所引起的采样值偏差。对周期干扰有良好的抑制作用。平滑度高，适于高频振荡的系统。
D、缺点：计算速度较慢，和算术平均滤波法一样。比较浪费RAM。
*//*
A、名称：中位值滤波法
B、方法：连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。
C、优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰；对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。
D、缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜。
*//***** POST命令格式POST =3 HTTP/1.1
api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o=
Host:api.heclouds
Connection:close
Content-Length:19{"TEM":22,"HUM":52}***** GET Realy
GET HTTP/1.1
api-key: sWydCX=jX3RfgT3bYxaorgEbZ9o=
Host:api.heclouds
Connection:close*/效果
客户端视频：==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
OneNet：=5ca523334a5a9b576e316a586de6d738
QQ：690333105
验证信息：Arduino
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