arduino的远程家庭环境监测系统设计
自从物联网的概念诞生以来，物联网的应用逐渐拓展。但作为物联网里一种重要的应用，家庭环境实时监测仍然难以普及。这主要是由于实时监测设备昂贵的价格，以及网络传输的障碍所导致的。有鉴于此，本文设计了一款价格低廉、性能优异的家庭环境监测产品。该设计采用Arduino开发板与乐为物联网云平台相结合搭建一个监测系统，利用DHT11和MQ-5传感器分别对家庭内的温度、湿度和天然气浓度进行检测，随后应用Arduino开发板和W5100扩展板将采集到的数据上传至云平台，并在用户端的手机或电脑端显示。本设计充分利用了物联网云平台这一新兴的工具，所设计的产品具有性能优异和精度高的优点，满足了人们对于家庭环境质量远程查看的需求，具有较强的创新性和极大的应用潜力。本文获得江苏省高等学校自然科学基金面上项目的支持(编号18KJD140 005)
目录
一、 引言 1
（一）设计背景及意义 1
（二）家庭环境监测的发展趋势 1
（三） 设计目的及内容 2
二、 设计方案概述 2
三、 硬件模块介绍 3
（一） Arduino开发板 3
1． Arduino简介 3
2． Arduino开发板优势 3
（二） W5100网络扩展板 3
（三） 温湿度传感器模块 4
（四） 天然气模块 5
（五）乐为物联平台简介 6
四、 设计过程 7
（一） 网络平台搭建 7
1．添加设备 7
2.添加传感器 8
3.告警信息设置 10
（二）硬件搭建 11
1.整体硬件搭建 11
2. DHT11温湿度传感器模块硬件电路设计 12
3. MQ5天然气传感器模块硬件电路设计 12
（三）程序搭建 13
1.主程序设计 13
2.温湿度采集程序设计流程 14
3.天然气浓度采集程序设计流程 14
五、 设计实物调试与测试 15
六、 总结与展望 17
（一）总结 17
（二）展望 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
论文发表情况： 18
参考文献： 19
致谢 20
附录一 程序 21
附录二 原理图 22
引言
（一）设计背景及意义
随着社会的迅速发展，国家的经济实力逐步提升，人们的生活水平也逐渐提高。随着改革开放大量的国外化工企业被引进国内，这一现象促进了国家工业发展的同时也对环境造成了巨大的污染。在这个工业快速发展的时期，人们的关注重心也从经济发展慢慢转向了自身生活环境上面。“雾霾”、“pm2.5”等一系列词汇开始逐渐被广大人群所注意，家庭环境质量也被人们重视。
随着大量的物联网设备产生，人们对物联网了解也越来越深刻。“智慧城市”的理念也由此而生，而“智慧城市”的基础便是“智能家居”。“智能家居”便是把家里的电子设备通过网路链接到主控电脑上，来对家庭进行智能化、自动化的管理。随着“智能家居”的不断推广传统的家庭环境测量已经不能适应现在社会需求，所以要推出更加智能而且能实时监测的家庭监测产品。
现在社会经济高速发展下也出现了一系列的问题，大量的儿童在工作日要独自留守在家中。儿童的好奇心非常大，由于事物的辨别能力很低却又喜欢去尝试，这样给他们带来了极大的危险。近年来经常出现儿童独自在家造成家里瓦斯爆炸的新闻，在责备那些没有尽到职责的父母的同时，我们想到针对这种事故的发生设计一种产品，当家里瓦斯泄漏时可以通过互联网将家庭环境现状通知到家长以减少灾难的发生。
（二）家庭环境监测的发展趋势
过去人们对家庭环境的监测仅仅依赖于触觉与嗅觉，对温度与湿度并没有确切的认知，对空气的要求也仅限于有无异味，对很多有害气体并不能监测出来。随着科技的发展我们渐渐地对环境检测有了量化的要求，因此出现了温度计、湿度计和气体监测的装置。但这些装置进行气体检测时只能检测气体浓度，对于是否超标并没有确切的概念，有时这些装置只是单一地存在，集成化和智能化的程度不够高。
近几年随着物联网的发展也出现了一些智能环境监测的产品，这些智能监测的产品具有较好的精度和智能程度，但由于售价昂贵，大多用于企业环境的监测，对于普通家庭而言由于其高昂的售价并不能进行普及。举例来说，现在市面上的家庭智能产品包括智能加湿器、智能空气净化器等，虽然这些产品可以实现对家庭环境的智能化调节，但组装出一个系统的价格让许多普通家庭无力支付。
在不远的未来，随着科技的不断发展，电子元器件的成本不断降低，家庭环境监测会越来越被重视，家庭环境监测的内容会越来越智能化、多样化、集成化。每个家庭都可以通过手持设备，远程地对家庭环境进行监测与控制，实时了解家庭环境状况。同时，用户可以通过手持设备测量多项家庭环境数据，并对数据进行智能的分析与处理。但目前对于绝大多数家庭来说，设计出一款简单的、价格低廉的家庭环境监测系统才是当务之急。
设计目的及内容
本设计将通过简单的电路搭建，以单片机为核心，利用若干传感器制作一个简单的物联网系统，使用户可以通过网络对家庭环境信息进行远程的获取。
本文设计了一款价格低廉、性能优异的家庭环境监测产品。该设计采用Arduino开发板与乐为物联网云平台相结合搭建一个监测系统，利用DHT11和MQ5传感器分别对家庭内的温度、湿度和天然气浓度进行检测，随后应用Arduino开发板和W5100扩展板将采集到的数据上传至云平台，并在用户端的手机或电脑端显示。本设计充分利用了物联网云平台这一新兴的工具，所设计的产品具有性能优异和精度高的优点，满足了人们对于家庭环境质量远程查看的需求，具有较强的创新性和极大的应用潜力。下文将详细的说明设计的制作过程与方法。
设计方案概述
为了实现远程家庭环境监测的所有预期功能指标，本课题将通过图2.1中的方案结构框图来对各个功能模块电路进行连接。本系统属于多功能系统，可以设定温湿度和天然气浓度的告警上下限。当温度湿度不在正常值时会通过乐为物联平台发送告警信息，并且当天然气浓度超过正常值时也会通过乐为物联平台发送告警信息。
本设计主要用到模块有：天然气传感器模块，温湿度传感器模块，Arduino开发板，W5100扩展板，乐为物联平台。
本文设计的系统原理如下：温度和湿度传感器内的温度及湿度敏感元件可以将温湿度数据转换为电信号，信号在内部经过放大器放大，经由内部模拟量转数字量电路转换为数字信号并将信号传输到微控制器。天然气传感器能够检测环境中的气体，其内部的传感器可以将天然气浓度转换成电信号并将其传输到微控制器的模拟输入口。随后，Arduino开发板把收到的数据通过W5100扩展板传输到乐为物联平台上，并由乐为物联平台对数据进行判断，对不在安全范围内的数据进行告警。
目录
一、 引言 1
（一）设计背景及意义 1
（二）家庭环境监测的发展趋势 1
（三） 设计目的及内容 2
二、 设计方案概述 2
三、 硬件模块介绍 3
（一） Arduino开发板 3
1． Arduino简介 3
2． Arduino开发板优势 3
（二） W5100网络扩展板 3
（三） 温湿度传感器模块 4
（四） 天然气模块 5
（五）乐为物联平台简介 6
四、 设计过程 7
（一） 网络平台搭建 7
1．添加设备 7
2.添加传感器 8
3.告警信息设置 10
（二）硬件搭建 11
1.整体硬件搭建 11
2. DHT11温湿度传感器模块硬件电路设计 12
3. MQ5天然气传感器模块硬件电路设计 12
（三）程序搭建 13
1.主程序设计 13
2.温湿度采集程序设计流程 14
3.天然气浓度采集程序设计流程 14
五、 设计实物调试与测试 15
六、 总结与展望 17
（一）总结 17
（二）展望 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
论文发表情况： 18
参考文献： 19
致谢 20
附录一 程序 21
附录二 原理图 22
引言
（一）设计背景及意义
随着社会的迅速发展，国家的经济实力逐步提升，人们的生活水平也逐渐提高。随着改革开放大量的国外化工企业被引进国内，这一现象促进了国家工业发展的同时也对环境造成了巨大的污染。在这个工业快速发展的时期，人们的关注重心也从经济发展慢慢转向了自身生活环境上面。“雾霾”、“pm2.5”等一系列词汇开始逐渐被广大人群所注意，家庭环境质量也被人们重视。
随着大量的物联网设备产生，人们对物联网了解也越来越深刻。“智慧城市”的理念也由此而生，而“智慧城市”的基础便是“智能家居”。“智能家居”便是把家里的电子设备通过网路链接到主控电脑上，来对家庭进行智能化、自动化的管理。随着“智能家居”的不断推广传统的家庭环境测量已经不能适应现在社会需求，所以要推出更加智能而且能实时监测的家庭监测产品。
现在社会经济高速发展下也出现了一系列的问题，大量的儿童在工作日要独自留守在家中。儿童的好奇心非常大，由于事物的辨别能力很低却又喜欢去尝试，这样给他们带来了极大的危险。近年来经常出现儿童独自在家造成家里瓦斯爆炸的新闻，在责备那些没有尽到职责的父母的同时，我们想到针对这种事故的发生设计一种产品，当家里瓦斯泄漏时可以通过互联网将家庭环境现状通知到家长以减少灾难的发生。
（二）家庭环境监测的发展趋势
过去人们对家庭环境的监测仅仅依赖于触觉与嗅觉，对温度与湿度并没有确切的认知，对空气的要求也仅限于有无异味，对很多有害气体并不能监测出来。随着科技的发展我们渐渐地对环境检测有了量化的要求，因此出现了温度计、湿度计和气体监测的装置。但这些装置进行气体检测时只能检测气体浓度，对于是否超标并没有确切的概念，有时这些装置只是单一地存在，集成化和智能化的程度不够高。
近几年随着物联网的发展也出现了一些智能环境监测的产品，这些智能监测的产品具有较好的精度和智能程度，但由于售价昂贵，大多用于企业环境的监测，对于普通家庭而言由于其高昂的售价并不能进行普及。举例来说，现在市面上的家庭智能产品包括智能加湿器、智能空气净化器等，虽然这些产品可以实现对家庭环境的智能化调节，但组装出一个系统的价格让许多普通家庭无力支付。
在不远的未来，随着科技的不断发展，电子元器件的成本不断降低，家庭环境监测会越来越被重视，家庭环境监测的内容会越来越智能化、多样化、集成化。每个家庭都可以通过手持设备，远程地对家庭环境进行监测与控制，实时了解家庭环境状况。同时，用户可以通过手持设备测量多项家庭环境数据，并对数据进行智能的分析与处理。但目前对于绝大多数家庭来说，设计出一款简单的、价格低廉的家庭环境监测系统才是当务之急。
设计目的及内容
本设计将通过简单的电路搭建，以单片机为核心，利用若干传感器制作一个简单的物联网系统，使用户可以通过网络对家庭环境信息进行远程的获取。
本文设计了一款价格低廉、性能优异的家庭环境监测产品。该设计采用Arduino开发板与乐为物联网云平台相结合搭建一个监测系统，利用DHT11和MQ5传感器分别对家庭内的温度、湿度和天然气浓度进行检测，随后应用Arduino开发板和W5100扩展板将采集到的数据上传至云平台，并在用户端的手机或电脑端显示。本设计充分利用了物联网云平台这一新兴的工具，所设计的产品具有性能优异和精度高的优点，满足了人们对于家庭环境质量远程查看的需求，具有较强的创新性和极大的应用潜力。下文将详细的说明设计的制作过程与方法。
设计方案概述
为了实现远程家庭环境监测的所有预期功能指标，本课题将通过图2.1中的方案结构框图来对各个功能模块电路进行连接。本系统属于多功能系统，可以设定温湿度和天然气浓度的告警上下限。当温度湿度不在正常值时会通过乐为物联平台发送告警信息，并且当天然气浓度超过正常值时也会通过乐为物联平台发送告警信息。
本设计主要用到模块有：天然气传感器模块，温湿度传感器模块，Arduino开发板，W5100扩展板，乐为物联平台。
本文设计的系统原理如下：温度和湿度传感器内的温度及湿度敏感元件可以将温湿度数据转换为电信号，信号在内部经过放大器放大，经由内部模拟量转数字量电路转换为数字信号并将信号传输到微控制器。天然气传感器能够检测环境中的气体，其内部的传感器可以将天然气浓度转换成电信号并将其传输到微控制器的模拟输入口。随后，Arduino开发板把收到的数据通过W5100扩展板传输到乐为物联平台上，并由乐为物联平台对数据进行判断，对不在安全范围内的数据进行告警。
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