【家居物聯網】使用智慧行動裝置監控家居溫溼度（上篇）

| 23 11 月, 2017 at 18:40

文／曹永忠、許智誠、蔡英德

智慧家居是物聯網開發中非常重要的一環，筆者之前文章〈智慧家庭：健康體重的核心技術〉（曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2015h, 2017）、〈家居生活的好夥伴：讓 ARDUINO 照顧您的眼睛〉（曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2015g）、〈家居生活的好保全：讓ARDUINO替您看顧您的房子〉（曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2015f）、〈「物聯網」的生活應用實作：用 DS18B20 溫度感測器偵測天氣溫度〉（曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2015e）…等文章中，筆者一直在討論智慧家居的概念，不過這些文章中，仍是著重在感測器的基礎開發，對於智慧監控等裝置較少著墨。

對於智慧家居環境監控議題中，手機、平板等智慧裝置的應用（曹永忠, 吳佳駿, 許智誠, & 蔡英德, 2016a, 2016b, 2017a, 2017b; 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2015c, 2015d, 2016a, 2016b; 曹永忠, 蔡佳軒, 許智誠, & 蔡英德, 2015a, 2015b），反而是智慧家居非常重要的一環，若能將感測裝置與智慧行動裝置整合，將可以讓智慧家居的開發更加完善。

本文將使用 DHT22 溫溼度感測模組（曹永忠, 2016, 2017a, 2017b; 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2016c, 2016d），讀出溫溼度資訊後，透過藍芽通訊方式，將資訊傳送到智慧行動裝置，透過 MIT APP INVENTOR 2 開發工具，進行智慧行動裝置監控家居溫溼度之物聯網系統整合開發，希望透過這樣簡單的案例，可以傳達筆者在智慧家居環境監控開發上經歷分享。

溫濕度感測器介紹

本實驗為了讓 Ameba RTL8195AM 開發板進階使用，使用了更進階的的 DHT22 溫濕度感測模組（如下圖所示）（曹永忠, 許智誠, et al., 2016c, 2016d）。

圖 1 DHT22 溫濕度感測模組

如下表所示，本模組只要將 Vcc 接到 Ameba RTL8195AM 開發板 +5V 腳位，Gnd 接到 Ameba RTL8195AM 開發板 Gnd 腳位，DAT 接到 Ameba RTL8195AM 開發板 Digital Input 腳位 7，完成電路組立。

表 1 DHT22 溫濕度感測模組接腳圖

DHT22 溫濕度感測模組	Arduino 開發板接腳	解說
DAT	Ameba RTL8195AM digital Input pin 7	DHT22 資料輸出腳位
5V	Ameba RTL8195AM 5V	5V 陽極接點
GND	Ameba RTL8195AM Gnd	共地接點

看不懂上面電路組立表的讀者，也可以參考下圖所示，將本模組只要將 Vcc 接到 Ameba RTL8195AM 開發板 +5V 腳位，Gnd 接到 Ameba RTL8195AM 開發板 Gnd 腳位，DAT 接到 Ameba RTL8195AM 開發板 Digital Input 腳位 7，完成電路組立。

圖 2 DHT22 電路組立圖

如下圖所示，我們可以看到 DHT22 溫濕度感測模組實際接到 Ameba RTL8195AM 開發版之電路實際組立圖。

圖 3 DHT22 電路組立圖

我們將下表之 DHT22 溫濕度感測器讀取溫濕度測試程式攥寫好之後，編譯完成後上傳到 Arduino 開發板。

表 2 DHT22 溫濕度感測器讀取溫濕度測試程式

DHT22溫濕度感測器讀取溫濕度測試程式(DHT22)
// Example testing sketch for various DHT humidity/temperature sensors // Written by ladyada, public domain #include “DHT.h” #define DHTPIN 6 // what digital pin we’re connected to // Uncomment whatever type you’re using! //#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11 #define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321 //#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301) // Connect pin 1 (on the left) of the sensor to +5V // NOTE: If using a board with 3.3V logic like an Arduino Due connect pin 1 // to 3.3V instead of 5V! // Connect pin 2 of the sensor to whatever your DHTPIN is // Connect pin 4 (on the right) of the sensor to GROUND // Connect a 10K resistor from pin 2 (data) to pin 1 (power) of the sensor // Initialize DHT sensor. // Note that older versions of this library took an optional third parameter to // tweak the timings for faster processors. This parameter is no longer needed // as the current DHT reading algorithm adjusts itself to work on faster procs. DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println(“DHTxx test!”); dht.begin(); } void loop() { // Wait a few seconds between measurements. delay(2000); // Reading temperature or humidity takes about 250 milliseconds! // Sensor readings may also be up to 2 seconds ‘old’ (its a very slow sensor) float h = dht.readHumidity(); // Read temperature as Celsius (the default) float t = dht.readTemperature(); // Read temperature as Fahrenheit (isFahrenheit = true) float f = dht.readTemperature(true); // Check if any reads failed and exit early (to try again). if (isnan(h) \|\| isnan(t) \|\| isnan(f)) { Serial.println(“Failed to read from DHT sensor!”); return; } // Compute heat index in Fahrenheit (the default) float hif = dht.computeHeatIndex(f, h); // Compute heat index in Celsius (isFahreheit = false) float hic = dht.computeHeatIndex(t, h, false); Serial.print(“Humidity: “); Serial.print(h); Serial.print(” %\t”); Serial.print(“Temperature: “); Serial.print(t); Serial.print(” C “); Serial.print(f); Serial.print(” F\t”); Serial.print(“Heat index: “); Serial.print(hic); Serial.print(” C “); Serial.print(hif); Serial.println(” F”); }

DHT22溫濕度感測器讀取溫濕度測試程式(DHT22)

// Example testing sketch for various DHT humidity/temperature sensors

// Written by ladyada, public domain

#include “DHT.h”

#define DHTPIN 6 // what digital pin we’re connected to

// Uncomment whatever type you’re using!

//#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11

#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321

//#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)

// Connect pin 1 (on the left) of the sensor to +5V

// NOTE: If using a board with 3.3V logic like an Arduino Due connect pin 1

// to 3.3V instead of 5V!

// Connect pin 2 of the sensor to whatever your DHTPIN is

// Connect pin 4 (on the right) of the sensor to GROUND

// Connect a 10K resistor from pin 2 (data) to pin 1 (power) of the sensor

// Initialize DHT sensor.

// Note that older versions of this library took an optional third parameter to

// tweak the timings for faster processors. This parameter is no longer needed

// as the current DHT reading algorithm adjusts itself to work on faster procs.

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {

Serial.begin(9600);

Serial.println(“DHTxx test!”);

dht.begin();

}

void loop() {

// Wait a few seconds between measurements.

delay(2000);

// Reading temperature or humidity takes about 250 milliseconds!

// Sensor readings may also be up to 2 seconds ‘old’ (its a very slow sensor)

float h = dht.readHumidity();

// Read temperature as Celsius (the default)

float t = dht.readTemperature();

// Read temperature as Fahrenheit (isFahrenheit = true)

float f = dht.readTemperature(true);

// Check if any reads failed and exit early (to try again).

if (isnan(h) || isnan(t) || isnan(f)) {

Serial.println(“Failed to read from DHT sensor!”);

return;

}

// Compute heat index in Fahrenheit (the default)

float hif = dht.computeHeatIndex(f, h);

// Compute heat index in Celsius (isFahreheit = false)

float hic = dht.computeHeatIndex(t, h, false);

Serial.print(“Humidity: “);

Serial.print(h);

Serial.print(” %\t”);

Serial.print(“Temperature: “);

Serial.print(t);

Serial.print(” *C “);

Serial.print(f);

Serial.print(” *F\t”);

Serial.print(“Heat index: “);

Serial.print(hic);

Serial.print(” *C “);

Serial.print(hif);

Serial.println(” *F”);

}

程式下載

上述程式執行後，可以見到下圖之 DHT22 溫濕度感測器讀取溫濕度測試程式畫面結果，也可以輕易讀到外界的溫度與濕度了。

圖 4 讀取DHT22溫濕度感測器測試程式畫面結果

藍芽模組控制

我們接下來介紹藍芽模組（HC-05/HC-06），如下圖所示，我們需要用到的硬體有藍芽模組（HC-05/HC-06）：

圖 5 藍芽模組（HC-05/HC-06）所需零件表

我們遵從下表來組立電路，來完成電路組立。

表 3 使用手機控制風扇接腳表

藍芽模組（HC-05）	開發板
VCC	+5V
GND	GND
TX	DigitalPin 0
RX	DigitalPin 1
藍芽模組（HC-05/HC-06）

我們打開 Arduino 開發板的開發工具：Sketch IDE 整合開發軟體，攥寫一段程式，如下表所示之藍芽模組（HC-05/HC-06）測試程式一，並將之編譯後上傳到 Ameba 8195 AM 開發板（曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2015a, 2015b）。

表 4 8 藍芽模組（HC-05/HC-06）

藍芽模組(HC-05/HC-06) (BT_Talk_Serialk)

#include <SoftwareSerial.h> // 引用程式庫

// 定義連接藍牙模組的序列埠

SoftwareSerial BT(0, 1); // 接收腳, 傳送腳

char val; // 儲存接收資料的變數

void setup() {

Serial.begin(9600); // 與電腦序列埠連線

Serial.println(“BT is ready!”);

// 設定藍牙模組的連線速率

// 如果是HC-05，請改成9600

BT.begin(9600);

}

void loop() {

// 若收到藍牙模組的資料，則送到「序列埠監控視窗」

if (BT.available()) {

val = BT.read();

Serial.print(val);

}

// 若收到「序列埠監控視窗」的資料，則送到藍牙模組

if (Serial.available()) {

val = Serial.read();

BT.write(val);

}

圖 6 Arduino 通訊監控畫面-監控藍芽通訊內容

如下圖所示，我們執行後，會出現「BT is ready!」後，我們在下圖左上角紅框區輸入區中，輸入文字，輸入完畢後，按下下圖所示之右上角紅框區傳送鈕將資料傳出。

圖 7 通訊監控畫面-輸入送出通訊內容字元輸入區

如下圖所示，我們輸入文字「abcd」，輸入完畢後按下下圖所示之右上角紅框區傳送鈕將資料傳出。

圖 8 通訊監控畫面-送出輸入區內容

如下圖所示，我們在手機端使用 BlueToothRC 應用程式，連接 Ameba 8195AM 所使用的 HC-05 藍芽模組後，進行傳輸作業，我們可以在下圖所示中，看到傳入的「abcd」的文字，可以見到 Ameba 8195AM 所使用的 HC-05 藍芽模組已成功傳送資料。

圖 8 手機端藍芽接收畫面

如下圖所示，我們在手機端使用 BlueToothRC 應用程式，連接 Ameba 8195AM 所使用的 HC-05 藍芽模組後，輸入的「ameba 8195 am」的文字，再按下右上角之傳送鈕，將資料傳出到另一端藍芽模組。

圖 8手機端藍芽接收畫面

如下圖所示，我們在監控視窗中，將藍芽模組接收的所有資訊，轉顯示在監控視窗上，我們可以看到手機端傳送的「ameba 8195 am」的文字，請注意，本文為了傳送顯示效果，我們共傳送三次，請讀者不要誤會。

圖 8 通訊監控畫面-取得手機端藍芽傳送資料

最後本文中介紹了如何讀取溫溼度感測模組的資訊，並介紹藍芽模組如何進行通訊的技術，相信讀者看完之後，對傳輸資料的技術，可以有相當程度的運用能力。

後續

本篇是「物聯網」系列中〈使用智慧行動裝置監控家居溫溼度〉之上篇，主要告訴讀者，如何讓 Ameba RTL 8195 AM 開發板讀取溫溼度模組，在使用藍芽模組與手機端相互傳送資料，下篇筆者會針對傳送編碼與原理做進一步解析，做更進一步的講解。

後續筆者還會繼續發表「物聯網」系列的文章，在未來我們可以創造出更優質，更具未來性的物聯網（Internet of Thing：IOT）產品開發相關技術。

敬請期待更多的文章。

作者介紹
曹永忠（Yung-Chung Tsao），目前為自由作家暨專業 Maker，專研於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計，商品攝影及人像攝影。長期投入創客運動、資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、新產品開發管理、商品及人像攝影等領域，並持續發表作品及相關專業著作。Email:prgbruce@gmail.com、Line ID：dr.brucetsao
作者網頁／臉書社群（Arduino.Taiwan）／Github 網站／Youtube

許智誠（Chih-Cheng Hsu），美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）資訊工程系博士，曾任職於美國 IBM 等軟體公司多年，現任教於中央大學資訊管理學系專任副教授，主要研究為軟體工程、設計流程與自動化、數位教學、雲端裝置、多層式網頁系統、系統整合。
Email: khsu@mgt.ncu.edu.tw

蔡英德（Yin-Te Tsai），國立清華大學資訊科學系博士，目前是靜宜大學資訊傳播工程學系教授、靜宜大學計算機及通訊中心主任，主要研究為演算法設計與分析、生物資訊、軟體開發、視障輔具設計與開發。
Email:yttsai@pu.edu.tw

參考文獻：
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曹永忠. (2017a). 如何使用Linkit 7697建立智慧溫度監控平台（上）. Retrieved 2017/7/3, from http://makerpro.cc/2017/07/make-a-smart-temperature-monitor-platform-by-linkit7697-part-one/

曹永忠. (2017b). 如何使用LinkIt 7697建立智慧溫度監控平台（下）. Retrieved 2017/8/2, from http://makerpro.cc/2017/08/make-a-smart-temperature-monitor-platform-by-linkit7697-part-two/

曹永忠, 吳佳駿, 許智誠, & 蔡英德. (2016a). Ameba气氛灯程序开发(智能家庭篇):Using Ameba to Develop a Hue Light Bulb (Smart Home) (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

曹永忠, 吳佳駿, 許智誠, & 蔡英德. (2016b). Ameba氣氛燈程式開發(智慧家庭篇):Using Ameba to Develop a Hue Light Bulb (Smart Home) (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

曹永忠, 吳佳駿, 許智誠, & 蔡英德. (2017a). Ameba程式設計(物聯網基礎篇):An Introduction to Internet of Thing by Using Ameba RTL8195AM (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

曹永忠, 吳佳駿, 許智誠, & 蔡英德. (2017b). Ameba程序设计(物联网基础篇):An Introduction to Internet of Thing by Using Ameba RTL8195AM (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

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曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015d). LinkIt智慧電力監控(網路篇)):Using LinkIt ONE to Develop an IOT-based Power-Socket (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

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曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2016b). Arduino投幣計時器(網路篇):Using Arduino to Develop a Timing Controlling Device via Internet (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

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曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2016d). Arduino程序教学(温湿度模块篇):Arduino Programming (Temperature& Humidity Modules) (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2017). 【物聯網開發系列】氣象物聯網：風力偵測開發感測器篇. 物聯網開發系列. Retrieved 2017/8/8, from https://vmaker.tw/archives/19431

曹永忠, 蔡佳軒, 許智誠, & 蔡英德. (2015a). Arduino智慧电力监控(手机篇):Using Arduino to Develop an Advanced Monitoring Device of the Power-Socket (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

曹永忠, 蔡佳軒, 許智誠, & 蔡英德. (2015b). Arduino智慧電力監控(手機篇):Using Arduino to Develop an Advanced Monitoring Device of the Power-Socket (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.

曹永忠

曹永忠 (Yung-Chung Tsao) ，目前為自由作家暨專業Maker，專研於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計，商品攝影及人像攝影。長期投入創客運動、資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、新產品開發管理、商品及人像攝影等領域，並持續發表作品及相關專業著作。 Email:prgbruce@gmail.com Line ID：dr.brucetsao 作者網站：https://www.cs.pu.edu.tw/~yctsao/ 臉書社群(Arduino.Taiwan)：https://www.facebook.com/groups/Arduino.Taiwan/ Github網站：https://github.com/brucetsao/ Youtube：https://www.youtube.com/channel/UCcYG2yY_u0m1aotcA4hrRgQ

【家居物聯網】使用智慧行動裝置監控家居溫溼度（上篇）

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藍芽模組控制

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