智能产品综合开发 - 温湿度检测

1 实训选题目的

本次实训选择的题目是“温湿度检测系统”，旨在提升我们对日常生活中实际应用场景的观察力、问题描述能力、分析力和产品设计能力。通过本项目，我们将能够将所学的人工智能专业知识进行综合应用，包括但不限于Linux操作系统、Python程序设计、人工智能数据处理、机器学习技术及应用、计算机视觉技术、响应式网页设计、创新创业教育、数据库基础、软件工程和人工智能产品开发等。本项目要求小组成员能够灵活运用这些知识，开发出具有一定创新性和实用价值的人工智能产品，以解决实际生活中的温湿度监测需求，提高生活质量和环境舒适度。

2 实训任务目的

通过本次“温湿度检测系统”的实训任务，目的是使团队成员掌握树莓派硬件的基本组成，并能够完成树莓派硬件的搭建、新版64位桌面版系统的烧录安装以及SSH、VNC、用户密码等基础配置。这些步骤将为团队成员提供远程控制树莓派的能力，为后续的温湿度检测系统开发打下坚实的基础。此外，本任务还将帮助团队成员熟悉树莓派的操作系统环境，确保在后续的开发过程中能够有效地进行编程和调试，实现温湿度检测系统的各项功能，包括数据采集、处理、存储和可视化展示。通过本实训，学生将学会如何将理论知识应用于实际问题，提高解决实际问题的能力，并增强团队合作和项目管理的技能。

3 实训介绍

（一）必备功能说明：

1. 实时温湿度监测：系统能够实时监测环境的温度和湿度，通过连接的温湿度传感器收集数据，并将其传输到树莓派进行处理。这项功能是系统的核心，确保我们能够及时了解环境的舒适度和潜在的健康风险。

2. 数据记录与分析：系统不仅实时监测温湿度，还能记录历史数据，并进行基本的数据分析。通过分析，系统可以识别温度和湿度的变化趋势，为用户提供环境变化的洞察。

3. 阈值报警功能：系统能够根据用户设定的温湿度阈值，自动触发报警机制。当环境温湿度超过安全范围时，系统会通过声音、光线或网络通知用户，以便及时采取措施。

温湿度传感器用于精确测量环境的温度和湿度。传感器通过数字接口与树莓派通信，提供精确的数据。这种传感器技术能够快速响应环境变化，为用户提供实时的温湿度信息。其外形图如图8_1所示。

图8_1 数字温湿度传感器实物图

通过本次实训，我们的目标是开发一个功能齐全、用户友好且具有一定智能的温湿度监测系统，以提高用户对环境舒适度的控制能力，并为环境监测提供科学依据。

4 实训组件

树莓派主板1块
树莓派电源适配器1个
40P软排线1根
温湿度传感器1个
面包板1个
跳线若干
电阻若干（用于温湿度传感器电流限制）
杜邦线若干（用于连接面包板上的组件）
显示器1个
SD卡1张
网络线1根
外壳和保护套1个

5 实训原理

温湿度检测系统的原理是基于传感器技术来实时监测环境中的温度和湿度水平，并通过数据处理提供环境质量反馈。该系统主要由树莓派主板控制，通过读取温湿度传感器的数据，智能地处理和显示环境信息。以下是温湿度检测系统的核心工作原理：

1)树莓派主板作为系统的控制中心，负责处理来自传感器的输入信号，并输出数据显示和报警信号。

2) 温湿度传感器检测周围环境的温度和湿度强度，并将数据发送给树莓派。

3) 树莓派根据接收到的数据，计算出当前的环境状态，并根据预设的阈值判断是否需要触发报警。

4) 系统界面接收树莓派的处理结果，并以图形或数字形式显示当前的温湿度数据。

5) 系统还可以根据预设的模式或用户输入，自动调整相关设备的运行状态，如开启空调或加湿器，以维持理想的室内环境。

6) 电阻和跳线用于电路的连接和电流限制，确保传感器和树莓派的工作安全和稳定。

图10_1 系统功能结构图

上图展示了温湿度检测系统的结构。树莓派通过软件程序控制传感器的数据采集和处理，实现环境监测功能。

6 代码展示

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import osdef init():GPIO.setmode(GPIO.BOARD)time.sleep(1)def get_readings(ch):data=[]j = 0b = Trueout =chdataArr =[]GPIO.setup(out, GPIO.OUT)GPIO.output(out,GPIO.HIGH)GPIO.output(out,GPIO.LOW)time.sleep(0.019)print('test2')GPIO.output(out,GPIO.HIGH)GPIO.setup(out,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP)for i in range(0,10000):info = GPIO.input(12)dataArr.append(info)print(dataArr)signArr = []countArr = []nowItem = 0nextItem = 0dataArrlen = len(dataArr)count = 0for i in range(dataArrlen):nextIndex = i+1if i < dataArrlen and nextIndex < dataArrlen :nowItem = dataArr[i]nextItem = dataArr[i+1]if nowItem == nextItem:count += 1else:if nowItem == 1:signArr.append(nowItem)countArr.append(count)count =0print(signArr)print(countArr)for index in range(len(countArr)):item = countArr[index]if index >0:if item < 80:data.append(0)else:data.append(1)index += 1#print(data)return datadef data_check(data):if len(data)<40:return [0,0,0,0,1]#print(data)humidity_bit = data[0:8]humidity_point_bit = data[8:16]temperature_bit = data[16:24]temperature_point_bit = data[24:32]check_bit = data[32:40]humidity = 0humidity_point = 0temperature = 0temperature_point = 0check = 0for i in range(8):humidity += humidity_bit[i] * 2 ** (7-i)humidity_point += humidity_point_bit[i] * 2 ** (7-i)temperature += temperature_bit[i] * 2 ** (7-i)temperature_point += temperature_point_bit[i] * 2 **(7-i)check += check_bit[i]* 2 ** (7-i)return [humidity , humidity_point , temperature , temperature_point,check]def dht11():print('test')init()data = get_readings(12)humidity,humidity_point,temperature,temperature_point,check = data_check(data)sumData = humidity + humidity_point + temperature + temperature_pointif check == sumData:T_value = str(temperature) + "." + str(temperature_point)H_value = str(humidity) + "." + str(humidity_point)print("temperature:",T_value,"*C,  humidity:", H_value,"%")say = "espeak temperature:"+str(T_value)+"*C,  humidity:"+str(H_value)+"%"os.system(say)time.sleep(10)if __name__ == '__main__':while True:dht11()