摘 要

物联网技术在智能家居、环境监测等领域已经得到初步应用。机房对于环境温度、湿度、光照强度的要求较为严格，开发基于物联网的机房环境监测和调节系统具有必要性和现实可行性。

论文根据学校机房的现状，使用物联网理论设计并实现了机房环境监测和调节系统。该系统包括两个部分：（1）使用单片机的环境感知端（2）基于Android的数据查看和环境调节控制端。单片机的环境感知端主要搭载有温湿度传感器，wifi通信模块，光控照明模块，蜂鸣器，直流电机，led灯等。Android的数据查看和环境调节控制端主要能查看单片机上采集到的温湿度数据，控制单片机上直流电机蜂鸣器等设备。该系统可在距离所监测环境一定范围内动态的监测温度湿度等参数，当温度太高时，能够通过手机app控制单片机上直流电机的启动，当湿度太高时，能够通过手机app控制单片机上蜂鸣器的开启。同时，当光线强度不够时，单片机上的led灯能够自动打开。

完成此温湿度监控系统整个体系的开发后，根据机房的实际环境对我所开发设计的机房环境监控管理系统进行测试，首先，测试了系统的功能是否达到目标预期，其次，测试了整个系统硬件和软件的稳定性以及后期的可维护性，验证了环境监控管理系统的可实施性，经过不断地实验和反复的测试，总结问题并加以改正，系统基本符合要求。此论文将会对整个系统的开发过程进行概述。

关键词：android平台，环境监测，单片机，传感器

Abstract

Internet of Things technology has been initially applied in areas such as smart homes and environmental monitoring. The requirements for ambient temperature, humidity, and light intensity in the engine room are strict. It is necessary and practical to develop an environment monitoring and regulation system based on the Internet of Things.

According to the current situation of the school room, the thesis uses the Internet of things theory to design and implement the computer room environment monitoring and regulation system. The system consists of two parts: (1) the environment-aware end using a microcontroller, and (2) an Android-based data viewing and environment-conditioning control end. The environment sensing end of the microcontroller is mainly equipped with a temperature and humidity sensor, a wifi communication module, a light control lighting module, a buzzer, a DC motor, and a led lamp. Android's data viewing and environmental control console can mainly view the temperature and humidity data collected on the MCU and control the MCU's DC motor buzzer and other devices. The system can dynamically monitor temperature, humidity and other parameters within a certain range of the monitored environment. When the temperature is too high, the start of the DC motor on the single chip microcomputer can be controlled by the mobile phone app. When the humidity is too high, it can be controlled by the mobile phone app. The buzzer is turned on. At the same time, when the light intensity is not enough, the led light on the microcontroller can be automatically turned on.

   After the development of the entire system of the temperature and humidity monitoring system was completed, the equipment room environment monitoring and management system developed by the company was tested according to the actual environment of the equipment room. First, it was tested whether the function of the system met the target expectations, and secondly, the entire system hardware was tested. The stability of the software and the maintainability of the later period have verified the implementability of the environmental monitoring and management system. After continuous experiments and repeated tests, the problems are summarized and corrected, and the system basically meets the requirements. This paper will outline the entire system development process.

Keywords:android platform, environmental monitoring, Single Chip Microcomputer, sensor

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.2.1 研究目的 1

1.2.2 研究意义 2

1.3 国内外研究现状分析 2

第二章 系统需求分析与总体设计 4

2.1 系统的需求分析 4

2.1.1系统功能性需求 4

2.1.2 系统非功能需求 4

2.2 可行性分析 5

2.3 系统模型图 6

第三章 app端的设计和实现 7

3.1开发工具的介绍 7

3.2 app登陆注册功能 7

3.2.1注册功能 8

3.2.2登陆功能 9

3.2.3 登陆注册界面外观实现 10

3.3 app监控管理主界面 10

3.3.1界面布局介绍 10

3.3.2字样和图片改变原理 11

3.4 app中提示控件的实现 11

3.4.1实现原理 11

3.5 app中界面跳转功能的实现 12

3.6 app对数据动态刷新的实现 13

第四章 单片机端的设计与实现 14

4.1app与单片机通信的设计 14

4.1.1所用技术概述 14

4.1.2开发工具介绍 14

4.1.3 esp8266wifi模块的配置 16

4.1.4单片机中通信程序 16

4.1.5手机中通信程序 17

4.2 app与单片机通信的调试 18

4.3温湿度数据获取与设备控制 18

4.3.1温度湿度数据的采集 18

4.3.3 app对单片机设备的控制实现 20

4.3.4光控开关的实现 21

4.4系统整体测试与调试 22

第五章 总结和展望 24

5.1个人总结 24

5.2本设计的总结和展望 25

5.2.1总结 25

5.2.2展望 25

参考文献 26

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着科技的发展，学校机房的设备越来越先进，也越来越精密，可是目前国内许多机房对机房室内的环境监测不是很重视，对机房的保护和监控措施始终做的不够。根据我的调查，有些机房实验室对环境的监管措施不够到位，如果一旦机房出了事故，会造成事故发现不及时，从而造成严重的经济损失。如果采用具有指示温度和湿度的原始检测仪表进行检测，这种方式需要专门的工作人员定时来进行检测，如果温度和湿度的数据不符合条件，则还需要人手动的干预，比如通风，干燥，升降温等，这种方式耗费了工作人员大量的精力，效率也很低，现如今随着微电子技术和工业技术的逐步发展和创新，正在逐步替代以往的那些检测仪器，现如今主要是以单片机为搭载板的智能控制技术，在单片机上搭载温湿度传感器，光控开关，wifi通信模块，即可实现环境监控管理系统。开发这样一款系统，能够减轻工作人员的工作负担，并减少维护的相应成本，这对于机房管理员的工作很有帮助。

1.2 研究目的及意义

1.2.1 研究目的

当前移动智能设备的飞速发展，物联网的普及，我们的生活也会越来越智能化，学校机房里放了许多比较较昂贵的电脑等实验教学器材。如果我们不对机房环境加以监管，会导致机房设备处于危险之中，机房一旦环境出了问题，比如温度太高，会导致机房精密的实验器材设备仪器损坏，可能会造成无法弥补的灾难性后果，风险系数很高。而如果使用人工监测环境的各项参数则需要靠人定期的进入机房，查看机房内各项环境参数，并且根据环境参数的值进行对机房内设备的操作，如手动的打开电扇，或通风降低机房内的湿度，像这种手工监测也会带来一些弊端。比如机房管理人员可能需要同时监管多个机房，不能时时刻刻待在同一个机房，这样必然会导致如果机房出现问题时不能及时处理，监管不及时。同时，手工的方式耗费机房管理员大量的精力，效率低下。

目前国内外对机房环境监测管理的重视程度还远远不够，为了更智能更高效也更低廉的远程监控和管理整个机房，所以我们的研究目的就是设计并实现一款基于物联网的机房环境监控管理系统，使环境监测摆脱人工的束缚，更加实时与智能的监测机房中的环境。在实现远程查看机房内温度湿度数据的同时，还能够在环境中的各项参数不符合常理时，通过远程控制单片机上设备的运行，使得机房的环境参数指标趋于正常值。

这样的一款系统可以监管机房内的环境参数指标，使得机房设备安全性大大提高，解决了机房环境上的安全问题。而且也解决了监管不及时的问题，只需要通过手机app就能查看机房内的环境参数，并且通过app就能控制机房中的设备，大大提高了机房管理人员的工作效率。

1.2.2 研究意义

在机房中，如果不能做到动态的对环境监控，可能会造成有问题不能及时发现，从而造成严重的机房设备损坏等问题，如果使用传统的人工温湿度监测器，不但操作繁琐，效率低下，同时很容易造成监管不及时的问题，有了问题不能及时发现。所以开发一款基于物联网的机房环境检测系统就显得十分有必要。这样做不仅可以减少工作人员负担，同时，测量更准确，而且能够操作手机app远程控制单片机上设备。由于硬件端主要使用的是单片机和传感器，远程控制端即一个应用软件，因此在造价上也比较便宜。由于物联网的监测才刚刚兴起，随着人们对物联网设备的进一步了解，物联网技术的进一步普及，以及这款系统的造价又十分低廉，我相信机房环境监测管理系统会被越来越多的人所了解，所接受，使用机房监测管理系统的学校和科研机构也会越来越多。随着各种智能监控设备的不断发展，此机房环境监控管理系统还是有一定长远的意义。

1.3 国内外研究现状分析

通过在网上查阅文献资料，我基本了解了有关国内物联网产业发展现状以及环境监测系统的发展现状。

国内关于物联网产业的发展现状：

1. 在2008年，“感知中国”的概念被温家宝总理所提出，从这之后，物联网就被正式列为国家新兴战略性产业之一。
2. 目前，经过物联网这十来年的发展，物联网产业已经初步形成了一个完整的体系，具有一定的技术水准，产业规模和应用场合进一步扩大。在物联网产业规模上，从2009年的1700亿元增加到2015年超过7500亿元，年复合增长率高于25%。应用场合主要在智能电网，车联网等领域。
3. 据英特尔公司预测，到2020年全世界保守估计有350亿设备能接入互联网。同时随着计算机技术的不断发展，以及传感器工艺及电路板制作水品的不断提高，未来的物联网设备一定会体积越来越小。随着物联网技术与日常生活更进一步的紧密结合，未来使用物联网设备的场合也会越来越多。随着通信速率的提高，5g网络将会在未来的几年被应用到生活中，物联网设备的通信速率也会越来越快。

国内关于环境监测系统发展现状：

在中国首次公布的北京室内维护行业理论和理论中《室内污染控制理论与实践》与中国室内污染检测与管理行业的问题、研究、效果和发展趋势相联系。新时期。对中国室内污染控制行业的研究成果进行了科学、系统的总结。

根据本书的估计。随着城市化进程的加快，消费者环保意识的提高，居民生活水平的提高，中国对室内产品管理的需求将稳步增长，特别是未来三至五年。产物需求将会不断加速的增长，以及新兴技术，如纳米技术的广泛使用，将大大提高空气净化产品的有效性。未来几年，中国的室内环境管理行业仍处于快速增长期，预计将持续28%的年复合增长率。

总体而言。随着经济发展，环境监测越来越受到重视。中国室内环境检测和处理产业的市场潜力非常大，这一产业对整个国家的发展有着积极的影响，符合我们可持续发展和科学发展的理念。

　　第二章 系统需求分析与总体设计

2.1 系统的需求分析

2.1.1系统功能性需求

　　开发一款机房环境监测系统主要是为了解决机房环境的监测和调节问题，包括如下4个具体的功能

1. 环境的温湿度检测功能

由于此系统的首要功能是为了检测室内温度湿度等数据，则需要在单片机上搭载温湿度传感器用来监测机房室内温度。

1. 手机app与单片机的通信功能

由于单片机检测到的温度湿度等数据要能够发送到手机app端供人查看，同时手机app端也能控制单片机上的设备，则手机app和单片机之间的通信时必不可缺的。

1. 手机app上温度湿度的显示

在手机app主界面上，需要能够将单片机上温度湿度采集到的数据显示出来，并随着时间的变化动态刷新，达到实时监控的目的。

1. 手机app对单片机上设备的控制

如果温度太高时，我们可以通过点击android端的打开风扇按钮，控制单片机上直流电机的打开，湿度太高时，我们可以通过点击android端的打开蜂鸣器按钮，控制单片机上蜂鸣器的打开。此外，还在单片机上加了一个光控照明开关，如果光照强度太低，能自动打开单片机上led灯。

2.1.2 系统非功能需求

　　　非功能性需求主要是指系统为了满足用户的业务需求而必须具有的除了功能性需求以外的特性，非功能需求主要包括对系统质量属性、运行环境、资源约束、外部接口等方面的要求。一个好的产品并不是孤立存在的，它还受到许多外在环境的影响。以下是针对本系统的一些非功能性的需求分析。

　　（1）内存限制：android和单片机上的内存资源极其有限，在手机端，不能因为占用手机内存过大的原因造成手机卡顿，在单片机端，如果占用单片机上的内存过大，可能会造成单片机死机的情况，因此对内存资源的使用要加以控制，在不影响正常使用的情况下，尽量去减小在内存方面的开销。

（2）流畅性:用户进行操作的时候，一定要保证运行的流畅，不能出现卡顿的情况。

（3）稳定性：单片机必须保证能稳定的运行，不能出现单片机突然断电，led灯蜂鸣器突然不能工作等情况。

(4)界面设计：手机app端是人和系统交互的窗口，一个界面美观，设计合理，操作便捷的界面可以提升用户的体验感，更受用户的欢迎。

（5）手机app版本的兼容性：在电脑上开发时，有时候为了兼顾电脑内存，如果选用的开发版本为安卓的早期版本，会导致可能手机app无法在现在最新的安卓手机上运行，会造成后期修改更加费时间。

2.2 可行性分析

　国内基本上所有大学和研究机构都有自己的机房，机房中放有许多精密昂贵的设备，所以现在对机房保护的重视程度不断的在提高，针对机房环境的监测与管理，开发一款能够远程的动态的监控和管理机房环境的监测系统，不仅方便了机房管理的工作人员，又能够发挥物联网的监测的实时和高效性，机房管理工作人员只需要打开手机app，就可以监控管理机房。所以开发这样一款监测系统，具有很强的实际意义。

本文从以下三个方面对系统的可行性分析进行研究和探讨。

1. 技术可行性:

此项目主要运用的技术有安卓技术和51单片机技术。

Android手机操作系统一经问世，经过十几年的发展，已经成为目前市场上主流的移动操作系统，而且由于Android操作系统是一个开源的系统，使得Android开发和学习变得非常方便。随着Android的发展，Android应用程序也快速发展起来，对于Android应用程序的底层代码使用的是java语言，Java语言经过这些年的发展也已经变得相当成熟，其强大的兼容性也为软件开发提供了便利.

51单片机技术自诞生以来已经发展了将近20多年的时间，早已有了一套成熟的技术框架，而且51单片机丰富的外围设备也给开发带来了便利，同时开发此类单片机开发板的公司一般提供完善的售后服务与技术支持。对于51单片机程序的编写语言主要是c语言，c语言是一门比较通用的计算机编程语言，c语言结构紧凑，灵活方便，适合用于单片机的开发。

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