物联网技术开发实战-ESP32+Arduino-MicroPython 课件 -第8章 实战项目与案例开发

第八章实战项目与案例开发1今天我们要学点啥？202智能路灯系统让路灯学会“看天色”，实现自动化节能控制。03智能拐杖系统给长辈一双“电子眼”，提供安全辅助与定位。温湿度环境监测系统给环境装个“温度计”，实时掌握环境变化。0104本章小结知识点大盘点，回顾与总结核心技术要点。为什么要给环境装“温度计”？温湿度环境监测系统环境也需要“体检”就像我们需要知道自己的体温一样，设备和场景也需要实时监测环境的“体温”和“湿度”，确保运行在安全范围内。广泛的应用场景仓库存储：防止货物受潮变质农业大棚：为作物生长提供最佳环境智能家居：自动调节空调与加湿器项目核心目标实现温湿度数据的实时采集、本地显示、异常报警和远程监控，打造智能化的环境管理系统。3这个“温度计”是怎么组成的？温湿度环境监测系统4感知层：DHT11传感器系统的“鼻子”，负责“嗅探”环境的温度和湿度。网络层：ESP32开发板系统的“大脑”，负责接收数据、处理计算和通信。应用层：OLED显示屏&Web网页提供本地实时显示和远程数据监控功能。实时监控技术原理：当环境“发脾气”时温湿度环境监测系统设定安全阈值为系统设定“安全范围”，例如温度上限30℃，湿度上限70%，作为环境监测的基准线。实时数据判定ESP32持续采集传感器数据，一旦发现数值超出预设范围，即判定环境出现异常。即时声光报警系统立即触发蜂鸣器发出“滴滴滴”警报声，直观提醒用户环境异常，需及时处理。5数据怎么“飞”到网上去？——MQTT协议温湿度环境监测系统发布(Publish)ESP32作为“寄信人”，将数据发送到服务器。订阅(Subscribe)Web端作为“收信人”，从服务器接收数据。主题(Topic)数据的“地址”，确保“信件”能准确送达目的地。6温湿度环境监测系统7最终效果展示运行效果ArduinoIDE终端输出温湿度环境监测系统8最终效果展示Web显示实时监控项目概述与系统构成智能路灯系统项目背景与目标痛点分析传统路灯普遍存在能耗高、管理维护不便等问题，难以满足现代城市精细化管理需求。解决方案与目标引入智能路灯系统，通过环境感知实现自动控制，旨在降低能耗、减少人工干预，打造节能环保的智慧城市基础设施。核心硬件构成ESP32开发板系统控制核心，负责数据处理与逻辑运算。光敏电阻模块环境感知传感器，实时检测光线强度变化。LED灯模块执行终端，根据控制信号实现亮灭调节。9技术原理：路灯的“眼睛”和“手”智能路灯系统01.感知检测(眼睛)光敏电阻模块持续监测环境光线强度，实时获取亮度数据。02.智能判断(大脑)ESP32开发板接收数据，分析判断当前处于白天还是夜晚模式。03.执行控制(手)根据判断结果自动控制LED灯：夜晚亮起，白天熄灭，无需人工干预。10智能路灯系统11最终效果展示运行效果日常状态报警状态温湿度环境监测系统12ArduinoIDE终端输出Web端可视化平台最终效果展示网页端可用于查看园区路灯状况，包括温湿度情况以及是否有报警信息温湿度环境监测系统13连接服务器订阅灯杆数据（有报警消息，灯光关闭）最终效果展示连接服务器后，通过订阅对应的灯杆数据来获取相关数据订阅灯杆数据（无报警消息，灯光开启）温湿度环境监测系统14温湿度图表最终效果展示网页端通过ECharts图表展示近2分钟内的数据MQTT服务器状态关爱长辈，从智能拐杖开始智能拐杖系统15背景与初衷视力不佳或行动不便的老人在出行时容易撞到障碍物，存在安全隐患。智能拐杖通过实时检测前方障碍物并及时发出警报，为老人的出行保驾护航。核心系统构成感知层：超声波传感器精准探测前方障碍物距离，是拐杖的“眼睛”。网络层：ESP32开发板作为控制核心，实时处理传感器数据并做出决策。应用层：蜂鸣器与振动马达通过声音和震动双重提醒，确保使用者感知危险。技术原理：如何“感知”摔倒？智能拐杖系统传感器基础原理利用加速度传感器实时测量物体在X、Y、Z三个方向上的运动加速度变化。正常行走状态老人正常行走时，加速度波形平稳且规律，呈现周期性波动。摔倒异常状态摔倒瞬间产生剧烈冲击，波形出现明显的“尖峰”突变。ESP32智能判断ESP32芯片实时分析数据，识别剧烈变化特征，精准判断是否发生摔倒。16技术原理：发出“求救信号”智能拐杖系统ESP32核心控制单元图本地声光报警一旦检测到摔倒，ESP32会立即触发蜂鸣器，发出响亮的警报声，提醒周围的人注意并提供帮助。远程定位与通知结合GPS模块获取实时位置，通过MQTT或短信网络，将报警信息和精准位置发送至预设手机或服务器，实现快速救援。17还能更智能吗？智能拐杖系统18GPS定位实时追踪老人的位置，防止走失心率监测监测老人的健康状况，及时发现异常一键呼叫在紧急情况下，老人可以一键求助硬件清单智能拐杖系统19智能拐杖系统：功能实现逻辑20数据采集：读取MPU6050传感器的数据，计算加速度和角速度，以及人体的振幅和角度变化。阈值判断：①如果振幅大于1.8g，说明拐杖有较大的运动，触发第一个条件。②如果角度变化率在30度到400度之间，说明拐杖有较大的倾斜，触发第二个条件。③如果第二个条件持续10次，读取压力传感器的数值，判断人体是否摔倒。④如果处理后压力数据大于100，并且角度变化在0到10之间，说明人体未正确施加压力给拐杖，已经跌倒，触发报警条件。如果报警条件成立，通过MQTT协议向服务器发送消息，提示用户摔倒，并且开启红色LED灯和蜂鸣器，显示“FALLDETECTED”在屏幕上。天气信息获取触发逻辑：按下物理按钮后，ESP32调用心知天气API数据解析：解析JSON响应，提取温度、天气状况并显示在OLED。智能拐杖系统：数据库表设计与建表脚本21主要用于记录获取的天气情况信息运行效果XinZhiWeather表内容示例XinZhiWeather表建表脚本SETNAMESutf8mb4;SETFOREIGN_KEY_CHECKS=0;DROPTABLEIFEXISTS`XinZhiWeather`;CREATETABLE`XinZhiWeather`(`id`intUNSIGNEDNOTNULLAUTO_INCREMENT,`City`varchar(64)CHARACTERSETutf8mb4COLLATEutf8mb4_0900_ai_ciNOTNULL,`Weather`varchar(64)CHARACTERSETutf8mb4COLLATEutf8mb4_0900_ai_ciNOTNULL,`Temp`varchar(64)CHARACTERSETutf8mb4COLLATEutf8mb4_0900_ai_ciNULLDEFAULTNULL,`Time`varchar(255)CHARACTERSETutf8mb4COLLATEutf8mb4_0900_ai_ciNULLDEFAULTNULL,PRIMARYKEY(`id`)USINGBTREE,INDEX`weather_index`(`id`ASC,`City`ASC)USINGBTREE)ENGINE=InnoDBAUTO_INCREMENT=51CHARACTERSET=utf8mb4COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ciROW_FORMAT=Dynamic;SETFOREIGN_KEY_CHECKS=1;智能拐杖系统：数据库表设计与建表脚本22主要用于记录电子拐杖使用情况，捕获摔倒信息运行效果XinZhiWeather表内容示例Fall表建表脚本SETNAMESutf8mb4;SETFOREIGN_KEY_CHECKS=0;DROPTABLEIFEXISTS`Fall`;CREATETABLE`Fall`(`id`intUNSIGNEDNOTNULLAUTO_INCREMENT,`text`varchar(64)CHARACTERSETutf8mb4COLLATEutf8mb4_0900_ai_ciNOTNULL,`arrived`datetimeNOTNULL,PRIMARYKEY(`id`)USINGBTREE,INDEX`student_index`(`id`ASC,`text`ASC)USINGBTREE)ENGINE=InnoDBAUTO_INCREMENT=55CHARACTERSET=utf8mb4COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ciROW_FORMAT=Dynamic;SETFOREIGN_KEY_CHECKS=1;智能拐杖系统：数据库表设计与建表脚本23主要用于记录联系人的联系方式运行效果LinkMan表内容示例LinkMan表建表脚本SETNAMESutf8mb4;SETFOREIGN_KEY_CHECKS=0;DROPTABLEIFEXISTS`LinkMan`;CREATETABLE`LinkMan`(`id`intUNSIGNEDNOTNULLAUTO_INCREMENT,`liaison`varchar(64)CHARACTERSETutf8mb4COLLATEutf8mb4_0900_ai_ciNOTNULL,`Tel`varchar(64)CHARACTERSETutf8mb4COLLATEutf8mb4_0900_ai_ciNOTNULL,`arrived`datetimeNOTNULL,PRIMARYKEY(`id`)USINGBTREE,INDEX`LinkMan_index`(`id`ASC,`liaison`ASC)USINGBTREE)ENGINE=InnoDBAUTO_INCREMENT=14CHARACTERSET=utf8mb4COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ciROW_FORMAT=Dynamic;SETFOREIGN_KEY_CHECKS=1;智能拐杖系统：系统运行流程24Web网页端NodeRED端小程序端开始使用拐杖发布Help/user1主题的消息“Iamusingthecrutch！”，各端都能接收到消息智能拐杖系统：系统运行流程25设备端Web网页端小程序端用户按下按钮，获取天气情况天气情况可在拐杖OLED屏上显示，同时各端显示温度、天气等信息智能拐杖系统：系统运行流程26判断跌倒通过计算用户使用拐杖的加速度和旋转角度判断是否跌倒振幅大于1.8g，亮起绿灯角度变化率在30°～400°之间时，亮起黄灯智能拐杖系统：系统运行流程27判断跌倒当第二个条件持续10次时，则判断为摔倒。亮起红灯，蜂鸣器间隔1秒循环响起。OLED屏显示“FALLDETECTED设备端网页端收到消息，跌倒检测图标变化小程序端智能拐杖系统：系统运行流程28小程序端发布联系人消息各端分别发布“Linkma