聚豐項目 > 基于微信公眾平臺的智能型環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和微信公眾平臺進行環(huán)境監(jiān)測，能夠?qū)崟r獲取監(jiān)測地點的溫度和濕度，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與顯示的功能。該系統(tǒng)不受時間和地域限制，用戶可以在任何具備網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方從關(guān)注的微信公眾號中獲取并瀏覽采集到的信息，且具有支持多手機用戶客戶端可以共享一臺服務(wù)器的優(yōu)勢，用戶可以完全掌握檢測地點溫濕度的變化情況并做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。同時該系統(tǒng)將微信公眾平臺與圖靈機器人進行結(jié)合，在聯(lián)網(wǎng)的情況下可做到和人自如的對話。
wangerniu
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團隊成員
劉成濤 助理工程師
王震 學(xué)生
本系統(tǒng)主要分為感知與控制層、網(wǎng)絡(luò)層和用戶應(yīng)用層三部分。感知與控制層的主要功能是通過STM32 ARM控制板和DHT11溫濕度傳感器節(jié)點等感知設(shè)備，獲取環(huán)境監(jiān)測的相應(yīng)參數(shù)信息，如溫度、濕度、光照度等。然后通過無線WIFI傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成一個自治網(wǎng)絡(luò)，采用協(xié)同工作的方式，提取有用的信息，并通過接入設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)中的其他設(shè)備實現(xiàn)資源共享和交流互通。
網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是將來自感知與控制層的信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)中，通過學(xué)習(xí)以IPV6/IPV4為核心建立的互聯(lián)網(wǎng)平臺，將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息資源整合成一個可互聯(lián)互通的大型智能網(wǎng)絡(luò)，為上層服務(wù)管理和大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建立一個高效、可靠、可信的基礎(chǔ)設(shè)施平臺。通過大型的中心計算機平臺，對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獲取的大量環(huán)境檢測信息進行實時的管理和控制，并為上層應(yīng)用提供一個良好的用戶接口，本系統(tǒng)采用阿里云服務(wù)器和MYSQL數(shù)據(jù)庫作為智能網(wǎng)絡(luò)平臺。該平臺能夠?qū)IFI模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)利用PHP語言不斷存儲在數(shù)據(jù)庫中，以便供微信公眾平臺進行數(shù)據(jù)的調(diào)用。
用戶應(yīng)用層的主要功能是集成系統(tǒng)底層的功能，構(gòu)建起面向環(huán)境監(jiān)測行業(yè)的實際應(yīng)用，這里利用手機微信公眾平臺 。用戶在微信公眾平臺發(fā)送采集數(shù)據(jù)的請求指令后，服務(wù)器迅速將數(shù)據(jù)庫中當(dāng)前數(shù)據(jù)發(fā)送給微信公眾號，從而保證用戶獲取最新的溫濕度數(shù)據(jù)，更好的實現(xiàn)了遠(yuǎn)程實時監(jiān)測、預(yù)警等功能。整個系統(tǒng)的具體構(gòu)架圖如圖所示。
1 數(shù)據(jù)采集與控制模塊
控制模塊（MCU）采用一款常用的ARM芯片-STM32F103，它擁有豐富的外設(shè)資源且易擴展，與其他芯片相比，該款芯片性價比極高。該模塊主要實現(xiàn)對采集的溫濕度信息進行控制，并將數(shù)據(jù)一路通過WIFI模塊傳送到服務(wù)器，另一路通過串口在LCD屏上進行顯示。
本系統(tǒng)通過溫濕度傳感器DHT11采集環(huán)境參數(shù)，包括溫度和濕度。DHT11是一款復(fù)合傳感器，廠家在生產(chǎn)過程中已對數(shù)字信號輸出進行校準(zhǔn)；同時為了提高該款傳感器的可靠性以及穩(wěn)定性，采用特定的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)進行加工。該傳感器的核心器件是電阻式感濕元件以及NTC測溫元件。所有的DHT11傳感器都通過特定的濕度環(huán)境進行校準(zhǔn)，然后以程序的形式將獲取的校準(zhǔn)系數(shù)儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器在進行檢測信號的過程中需要對這些校準(zhǔn)系數(shù)進行調(diào)用[10]。接口采用單線制串行進行通信，在集成系統(tǒng)過程中方便且快捷。此外DHT11具有體積小、功耗低、信息傳輸距離能夠大于20米等優(yōu)點，使其獲得廣泛的應(yīng)用。該DHT11與MCU的具體連接如圖2所示
圖2 溫濕度DHT11模塊與MCU的典型連接
2 WIFI模塊
WIFI模塊采用的是有人物聯(lián)網(wǎng)科技公司的USR--WIFI232-D2模塊，用于實現(xiàn)WIFI與串口的轉(zhuǎn)換，將不具備網(wǎng)絡(luò)連接功能的單片機接入互聯(lián)網(wǎng)，使其配置為STA模式連接到路由器上，組成一個無線網(wǎng)絡(luò)，從而能向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。其原理圖如圖3所示。WIFI模塊的TXD，RXD分別接到ARM的PA10（U1_RXD)與PA10(U1_TXD)上，完成ARM端與WIFI模塊的串口。
圖3 WIFI模塊原理圖
3 液晶顯示模塊
液晶顯示模塊原理圖如圖4所示，在硬件設(shè)計上同時支持LCD彩屏與OLED。16萬色的LCD彩屏作為顯示元件，其相對普通的數(shù)碼管顯示元件具有更豐富的顯示色彩，且可觸屏操作，嵌入方便，以實現(xiàn)強大的用戶交互系統(tǒng)的設(shè)計；同時，OLED具有功耗小、成本低等優(yōu)勢。該系統(tǒng)采用兩種顯示方式，以適應(yīng)不同用戶與不同場合。
圖4 液晶顯示模塊原理圖
1 控制部分算法
用戶MCU發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下，DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號，DHT11不會主動進行溫濕度采集。
為了能夠準(zhǔn)確獲取所關(guān)注地點的溫濕度值，本系統(tǒng)采用兩個溫濕度傳感器DHT11，采集的溫濕度值分別記為W1、S1以及W2、S2 ,設(shè)定溫度閾值Wth，濕度閾值為Sth，當(dāng)|W1-W2|<Wth時，則通過WIFI模塊傳送到服務(wù)器的溫度數(shù)據(jù)為兩者的平均值即（W1+W2）/2 ；當(dāng)|W1-W2|>Wth時，再次采集數(shù)據(jù)進行比較，若經(jīng)過三次比較后，依然是上述結(jié)果，則向服務(wù)器傳送“溫度數(shù)據(jù)有誤”這一消息，提示用戶進行檢查本裝置。同理進行濕度數(shù)據(jù)的采集。
2 服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫
本系統(tǒng)采集的溫濕度數(shù)據(jù)通過服務(wù)器儲存在數(shù)據(jù)庫中，因此服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性、方便性和廣泛實用性顯得尤為重要。通過多方論證，本系統(tǒng)選用MySQL數(shù)據(jù)庫和阿里云服務(wù)器進行數(shù)據(jù)傳送存儲和管理的系統(tǒng)。硬件WIFI模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)以GET方法發(fā)送到阿里云服務(wù)器中，阿里云服務(wù)器通過PHP腳本語言與SQL語句進行連接來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與管理，如圖5所示。
圖5 Navicat與阿里云服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫連接
為了提高該系統(tǒng)的可操作性，用戶可以通過手動設(shè)置通信地址、端口以及添加信息到數(shù)據(jù)庫中，且一次設(shè)置永久保存。在每次通信時系統(tǒng)會自動搜索數(shù)據(jù)庫，取出溫濕度數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程服務(wù)器進行通信；若服務(wù)器地址發(fā)生變化，只需修改客戶端通信數(shù)據(jù)庫中的通信參數(shù)即可。數(shù)據(jù)存取模塊實現(xiàn)對遠(yuǎn)程服務(wù)器傳送來的溫濕度數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)存儲、更新以及實時的查詢記錄功能。
服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫是通過HTTP協(xié)議的GET請求方式將傳感器發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行傳輸，采用目前較為常用的php腳本語言進行編寫代碼，部分核心代碼如圖6所示。
圖6 PHP實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的代碼
3 服務(wù)器與微信公眾平臺
基于微信公眾平臺的智能型環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的終端是手機客戶端中的微信軟件。要使得手機微信公眾號發(fā)送的請求命令能夠被響應(yīng)，需要將手機微信公眾號與服務(wù)器綁定。
將微信公眾號與服務(wù)器綁定之后，微信公眾號發(fā)送請求指令到服務(wù)器，服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)送回微信公眾號。該指令和返回消息的具體文字信息是由服務(wù)器端用PHP語言作為交互的腳本語言，對客戶端發(fā)送的指令進行解析與判斷，預(yù)先建立一個知識庫系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對特定語句的回應(yīng)，比如本系統(tǒng)中公眾微信號發(fā)送請求指令“溫度”，會得到回復(fù)信息當(dāng)前時間的硬件設(shè)備所在地的溫度數(shù)據(jù)；公眾微信號發(fā)送請求指令“濕度”，會得到回復(fù)信息當(dāng)前時間的硬件設(shè)備所在地的濕度數(shù)據(jù)。具體的阿里云服務(wù)器、微信服務(wù)器和客戶端的消息收發(fā)原理如圖7所示。
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圖7 阿里服務(wù)器、微信服務(wù)器和客戶端的消息收發(fā)原理
4 微信與圖靈機器人
圖靈機器人是中文語境下智能度較高的中文語義與認(rèn)知計算平臺。其以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，運用機器學(xué)習(xí)、知識圖譜、模式識別等技術(shù)，其擁有強大的中文語義分析及上下文解讀能力，可加速實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的智能化，提高及交互體驗。
本系統(tǒng)通過圖靈機器人公司提供的API接口，將客戶發(fā)送的非指令性語句以HTTP協(xié)議發(fā)送的其平臺，再對其回復(fù)的信息加以篩選與處理回發(fā)給用戶端，實現(xiàn)語言交互功能。
1 基本信息收發(fā)
微信公眾號管理員在系統(tǒng)中綁定好通信接口后，才能進行基本的信息收發(fā)功能。用戶可以向應(yīng)用服務(wù)發(fā)送消息或者事件，同時應(yīng)用服務(wù)也可以響應(yīng)該事件并返回信息給用戶。本測試模塊設(shè)計了溫度和濕度兩個指標(biāo)進行測試，如圖8所示。圖9和圖10分別表示了當(dāng)前時間的數(shù)據(jù)庫和LCD顯示屏所對應(yīng)的溫濕度指標(biāo)。
圖8 溫濕度遠(yuǎn)程檢測結(jié)果圖
圖9 數(shù)據(jù)庫內(nèi)對應(yīng)的溫濕度數(shù)據(jù)
圖10 LCD顯示屏顯示的溫濕度信息
2高級消息推送
高級信息推送是指公眾號管理員通過公眾號和圖靈機器人結(jié)合管理后臺，實現(xiàn)多樣化的功能，比如查詢某個城市天氣、查詢飛機票、查詢快遞等功能。圖11為高級消息的推送測試結(jié)果。
圖11 高級消息推送測試結(jié)果
經(jīng)以上測試結(jié)果可知，系統(tǒng)運行正常，能完成公眾號的基本信息收發(fā)和高級消息推送的功能。由于WIFI無線網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)時會有延遲，從而在微信端請求指令的過程中，檢測的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)庫前8-9s的數(shù)據(jù)，使得獲取的的當(dāng)前信息可能與LCD顯示屏的信息會出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象。
肉夾饃456： 能開放源碼嗎，很感興趣
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wangerniu： 可以，發(fā)我郵箱1341046884@qq.com
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ZLYdzfsy： 做的很好，特別想學(xué)一下，能開源與我嗎，可以的話給我發(fā)一份，郵箱tdliyou@163.com。謝謝
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Life、Shine： 1363585228@qq.com想學(xué)習(xí)以下，樓主
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super尚少： 不錯不錯，，我西安科技大學(xué)的，，有時間找你交流交流
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hjwstc9494：
感覺您這個項目做的很棒，我想學(xué)習(xí)一下，您可以發(fā)一份源碼給我嗎？
我的郵箱是：mrhan1992@hotmail.com
多謝您
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粟一燒：
可以發(fā)源碼學(xué)習(xí)一下碼
郵箱：l.95@qq.com
謝謝樓主
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lzchen： 贊，很好的應(yīng)用，能發(fā)源碼學(xué)習(xí)一下嗎，謝謝1063362378@qq.com
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zhengjie1987： 不錯，很感興趣，希望能學(xué)習(xí)下，謝謝
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hello_mcu： 應(yīng)用不錯，支持，學(xué)習(xí)。
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xy972853： 贊，很好，現(xiàn)在也在學(xué)習(xí)者方面，能發(fā)源碼學(xué)習(xí)一下嗎，謝謝1902145466@qq.com
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大愚若智78： 請給我發(fā)一份，非常感謝，學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)。515112124@qq.com
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zhzh99： 學(xué)習(xí)一下，可以開個班嗎？
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kjiawei： 很感興趣，可以發(fā)份源碼學(xué)習(xí)嗎？嘻嘻，523090538@qq.com
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DCYcity： 我最近在弄ph2.5的 需要類似功能 可以發(fā)份源碼嗎 ，謝謝 527383814@qq.com
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飛揚跋扈牛： 很感興趣，可以發(fā)份源碼給我嗎？18334793263@163.com
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guo30594： 很感興趣，可以交流一下么？amazingxm@163.com
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scx2006114： 你好，我非常想學(xué)習(xí)，能否開源與我？非常感謝！1350170127@ qq.com
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Life、Shine： 1363585228@qq.com想學(xué)習(xí)以下，樓主
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baymax2015： 你好，我對這個很有興趣，想試著學(xué)習(xí)一下，可以開源給我嗎？十分感謝，我的郵箱654182988@qq.com
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jf_1689824194.2700： 很好的項目，非常想學(xué)習(xí)一下，能開源給我嗎？luhuayiw@163.com.謝謝！
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寧靜致遠(yuǎn)a： 同求源碼，謝謝 wjc_1943@163.com
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jopey： 樓主，我對這項目感興趣哦，可以開源給我么？1224398739@qq.com
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陳乃興： 還添加了圖靈機器人，蠻有趣的哈，我想用樹莓派和微信做，能分享一下源碼么？1286910460@qq.com灰常感謝
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1430347551： 你好，我也想求一份源碼，謝謝 ，740071911@qq.com
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malihui518： 很感興趣 可以把資料給我一份嗎? 544233578@qq.com
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handrap123： 厲害，牛人啊。學(xué)習(xí)下,謝謝，handrap@163.com
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動力源源動力： 能分享下嗎，特別感興趣，尤其是WIFI模塊的實現(xiàn)！qq郵箱1239723867@qq.com
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cjh5750： 真心很感興趣，可以的話麻煩發(fā)一份源碼給我，謝謝您！austchengjunhui@126.com
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鬼靈燃桐： 很厲害啊，有很多我都想學(xué)習(xí)了解一些，可以給我發(fā)一份源碼嗎？非常感謝！
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鬼靈燃桐： 很厲害啊，有很多我都想學(xué)習(xí)了解一些，可以給我發(fā)一份源碼嗎？非常感謝！1446536890@qq.com
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有愛無忌： 很感興趣，可以發(fā)份源碼學(xué)習(xí)嗎？1369898261@qq.com
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h1654155963.3562： 很感興趣，可以發(fā)份源碼學(xué)習(xí)嗎？我的郵箱863827237@qq.com
謝謝啦
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h1654155702.3669： 你好，做的好棒，很想學(xué)習(xí)一下，能開源一份嗎970072303@qq.com
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粟一燒： 可以，發(fā)我一份源碼嗎
郵箱：l.95@qq.com
謝謝樓主
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軍之夢： 你好！做得非常好，特別想學(xué)習(xí)一下，能發(fā)一份開源碼嗎？謝謝！1570175548@qq.com
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歡寶寶： 想學(xué)習(xí)一下微信那塊怎么連接 可以發(fā)源碼學(xué)習(xí)一下嗎 謝謝啦
郵箱：1602527328@qq.com
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zhonger： 哇！厲害，最近也在弄類似的。
可以發(fā)一份源碼供我學(xué)習(xí)一下嗎？
謝謝！
郵箱：2831213424@qq.com
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泯滅阿三： 有項目想找你合作，請加QQ：916386046
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退休的馬里奧： 覺得這個項目特別有意思，想交流下，可以開源下嗎？qq郵箱2631987631@qq.com
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Aaaaaaaappppp： 同求發(fā)源碼可以嘛，覺得真的很棒 412859404@qq.com
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郭越555： 想請教大佬這個怎么搞得，2686014036@qq.com
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Zero121666： 我也想學(xué)習(xí)一下，能不能也發(fā)我一份，謝謝啦！郵箱2235381012@qq.com
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山海皆可平： 打擾了樓主，您的作品太棒了！可以借鑒一下源碼嗎？sweetingpie@163.com
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山海皆可平： 麻煩樓主了，謝謝您！
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mollyx： 樓主大大——我也很想學(xué)習(xí)可以發(fā)給我嗎，1113549072@qq.com
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有點無聊333： 源碼可以發(fā)下嗎大佬1374321633@qq.com
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jf_36171263： 樓主大大，這個項目做的好好呀，可以分享源碼我學(xué)習(xí)一下嗎?可以的話，這是我郵箱2571905717@qq.com，謝謝啦！
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