东航本事应用研发中心霸凌 拳交，上海
收稿日历：2021年7月15日；托福日历：2021年8月11日；发布日历：2021年8月18日
概要
模拟机运营环境监控系统平台功能涵盖运营环境温湿度参数的持取和涌现，语音报警等功能。通盘系统的硬件主要由行状器端、ESP8266和温湿度模块三部分构成，行状器端用来达成用户需要的界面功能，如涌现、语音报警等。软件上则有HomeAssistant平台和influx DB、MQTT、Grafana构成。
关节词
HomeAssistant，Influx DB，WIFI，Grafana，语音报警
Temperature and Humidity Simulator Operating Environment Monitoring System Based on WIFI and RS485 Communication
Xiaodong Liu， Huixia Zhang
China Eastern Technology Application Research and Development Center Co. Ltd.， Shanghai
Received: Jul. 15th， 2021; accepted: Aug. 11th， 2021; published: Aug. 18th， 2021
ABSTRACT
Simulator operating environment monitoring system platform functions cover operation environment temperature and humidity parameters capture and display， voice alarm and other functions. The hardware of the whole system is mainly composed of the server side， ESP8266 and the temperature and humidity module. The server side is used to realize the interface functions required by users， such as display， voice alarm and so on. On the software， there is the HomeAssistant platform， influx DB， MQTT， and Grafana.
Keywords:HomeAssistant， Influx DB， WIFI， Grafana， Voice Alarm
Copyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.
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1. 前言
互联网照旧成为21世纪加快东说念主类历史发展程度的进攻成分，成为鼓吹全球翻新与变革、发展与分享、和平与安全的进攻议题。互联网照旧全面融入社会坐褥和生存各个限制，引颈了社会坐褥新变革，创造了东说念主类生存新空间，带来了国度惩处新挑战，并深入地改变着全球产业、经济、利益、安全等形状。其中最具代表性的产业即是智能家居 [1] [2]，本文所联想的基于WIFI和RS485通讯的模拟机温湿度运营环境监控系统就诳骗智能家居平台，把柄本体需要推广应用。
模拟机运行的时间是一个相对颓唐的环境系统，由于接口系统和姿色系统在职责时产生多量的热量，是以模拟机有罕见的冷却空调持续不停供给模拟机冷却气体，从而达到对模拟机冷却的主义。如果冷却系统出现故障，多量的热量积攒，温度飞腾，会损坏模拟机姿色和接口系统，以至变成失火。模拟机联想的时间采纳了温度保护，一朝冷却气体的温度跳跃15℃模拟契机激活EPO (Emergency Power Off)，接口系统和姿色系统本身的系统和软件在没关联闭的情况下强制掉电，会损坏模拟机姿色和接口系统，而模拟机上使用的姿色绝大多数皆是真飞机件，维修本钱高，送修周期长。是以保险模拟机运输的寒气持续妥当，是保险模拟机运行的进攻职责之一。
2. 系统联想
本文联想的系统是多台模拟机的采样点，集合涌现在诊治值班室以提醒诊治东说念主员，刻下模拟机运营环境的温湿度的气象为主义，如果刻下模拟机的运营气象不是在妥当区域，系统会发出语音劝诫以提醒。
系管辖受客户端与行状器的格式联想，他们之间使用MQTT通讯条约，通过发布/订阅的神志来达成，订阅和发布是基于主题(Topic)的。发布方和订阅方通过这种神志来进行解耦，它们莫得胜仗地流畅，它们需要一个中间方。在MQTT内部咱们称之为Broker，用来进行音问的存储和转发。临了通过APP软件达到不同品级的颜料提醒涌现和语音警报涌现。系统旨趣图如下图1所示。
每个ESP8266模块行为一个客户端(Client)向MQTT Broker发布主题(Topic)发布音问。MQTT Broker招揽音问负载的主题，并经受APP诳骗软件的订阅，应用软件把柄本体需要设定的温度三个品级：绿色暗示温度正常；黄色暗示警告温度；红色则暗示温度超限。用以不同的颜料涌现，不错更为直不雅的提醒诊治东说念主员。诊治东说念主员不错把柄刻下温度涌现的颜料，评估出模拟机运营环境的气象。如果刻下气象，不是妥当的气象，应用软件还会利用语音行状系统发出警报。
图1. 系统旨趣图
3. 系统收集联想
模拟机大厅是压根模拟机制造厂家的条目联想建造，IT收集的分拨在联想之初照旧笃定。模拟机之间的隔断在12米以上，从头进行有线收集的分拨例必会增多的任务量。鉴于此，本系统是利用WIFI收集通讯，幸免了布线的勤快，散布点个数也不受截止，活泼性较大。这里采纳的WIFI华为Q2 Pro之母路由器组建WIFI收集(图2所示：收集构架图)，一个母路由器建造一个收集，子路由器把招揽到的母路由器的WIFI信号放大和拓展。这么整个的ESP8266模块皆流畅到统一个域里。
hongkongdoll face reveal图2. 收集构架图
4. 系统通讯联想
通盘通讯过程由以下三个部分构成：无线WIFI收集，它是用来达成ESP8266与行状器之间的通讯，小泽圆电影全集通盘收集由串口WIFI模块发起；异步串口通讯，用来达成ESP8266模块与转换电路之间的通讯；485通讯，达成温湿度模块和转换电路的通讯。具体达成过程如图3所示：温湿度模块采选范例的485温湿度模块，保证数据的合股有用性；转换电路把485信号出动成UART条约；ESP8266通过IO引脚编造成串口经受信息，然后通过WIFI收集把信息发送给行状器；行状器则招揽并存储信息，方便应用软件调用。
图3. 通讯系统结构
ESP8266模块 [3] 的共有三种职责模式，区分是Station模式，AP模式，AP + Station模式。ESP8266出厂默许是第三种模式。在对模块进行规章达成通讯过程中主若是使用第一种模式。ESP8266先开动化，缔造好职责模式和IP地址，这里使用固定的IP地址，方便调试以及以后的诊治职责。然后规划行状器的端口，建造通讯，如果行状器莫得回复，则陆续规划直到行状器呈报。其进程如图4所示。
图4. ESP8266建造WIFI通讯图
数据传输的达成过程是当ESP8266模块招揽到温湿度模块发送的数据后，便把数据复制到ESP8266的外部的内存缓存区之中。当完成数据招揽职责时，缓冲区内的数据将被复制到UART串口的缓存区之中以便触发新的串口来发送中断。中断指示函数也会把招揽到的数据发送到规章系统中达成举座的规章。其进程如图5所示。
图5. 数据传输进程图
5. 门径的联想
ESP8266模块编程 [4] [5] 采纳Arduino IDE行为编译器。Arduino是一款轻便活泼、方便上手的开源硬件居品，具有丰富的接口，罕有字I/O口，模拟I/O口，同期缓助SPI，IIC，UART串口通讯。它是一种包含硬件(多样型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)的开源电子平台。硬件部分是不错用来作念电路流畅的Arduino电路板，况且不错胜仗使用模块的库函数内部的函数。如图6所示：使用ESP8266WiFi.h中的WiFiClient espClient函数，对模块进行客户端树立；使用PubSubClient.h中的client.publish()函数向行状器发布音问；使用SoftwareSerial.h中的SoftwareSerial softSerial()的函数胜仗把范例IO口调动成软串口进行通讯等。
图6. 硬件库函数调用
6. 行状器端树立
行状器需要全天候妥当运行，Windows系统天然可视化界面比Linux好，然则其妥当性和经济性远不足Linux，本系管辖受开源的ubuntu18.04行为操作系统。HomeAssistant是一个基于python3说话的开源家庭自动化平台 [6]，它不错监控流畅到平台上的整个开采，并达成自动化规章，使用MQTT音问部队遥测传输条约进行通讯，通过MQTT，ESP8266模块达成把温湿度的数据发布到行状器上。
Influx DB是一个由Influx Data开发的一个开源散布式时序、事件和方针数据库，无需外部依赖。它被日常应用于存储系统的监控数据和及时数据等场景 [7]。树立Influx DB如图7所示。
图7. Influx DB的树立
使用Grafana图形化涌现 [8] [9]，不错更为直不雅的给诊治东说念主员以描写刻下温度的气象。这里把柄本体需要不错缔造成三个的涌现品级，绿色暗示温湿度处于雅致的区间，属于正常温度；黄色暗示警告区域，需要找一下变成温度升高的原因；红色代表危机区域，模拟机随时可能EPO，需要坐窝聘用保护要领。为了愈加是页面愈加值班，同期采选姿色盘和时序图，如图8所示。
图8. 图形化监控画面
语音报警是现如今智能化出行生存之中常见的一种风物，不管是在车辆上装置提醒如故在众人环境之下装置语音教唆系统皆相比为常见。这里采纳语音行状报警则是幸免诊治东说念主员24小时的盯着电脑屏幕，从听觉上给诊治东说念主员以警示，自若双眼。开源的语音行状国内最常用的就是百度语音行状 [10] [11] [12] [13] [14]。
7. 论断
基于WIFI和RS485通讯的模拟机温湿度运营环境监控系统是智能家居系统的一个典型案例，通过华为Q2 Pro所创建的一个袖珍的局域收集，利用ESP8266模块行为客户端及传输端开采同期加入到该局域网中达成数据的互传与规章功能，在行状器端图形化涌现，并有语音提醒的功能。
运营环境温湿度的数据也不错用于故障率大数据分析，寻找温湿度和送修的干系性，比如最为直不雅的就是在黄梅季节，模拟机的部附件送修率要高于平时。然则之前皆莫得直不雅的数据分析对比，本文联想的基于WIFI和RS485通讯的模拟机温湿度运营环境监控系统参加使用之后，将是温湿度会影响送修率的进攻佐证。
著述援用
刘晓栋，张会霞. 基于WIFI和RS485通讯的模拟机温湿度运营环境监控系统Temperature and Humidity Simulator Operating Environment Monitoring System Based on WIFI and RS485 Communication[J]. 绸缪机科学与应用， 2021， 11(08): 2088-2095. https://doi.org/10.12677/CSA.2021.118214
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