多语言实现Arduino“高温监控仪”

牟东

在温度传感器、风扇模块和几个LED灯的帮助下，我们利用Arduino开发制造了一个“高温监控器”:当环境温度在一个合适的温度范围内(比如28℃以下)，绿色LED亮起，风扇模块不动作；当温度稍有上升(28℃以上，30℃以下)时，黄色LED灯发出预警，风扇模块低速转动，使风降温，直至恢复正常；当温度较高时(30℃以上)，红色LED灯发光报警，风扇模块高速旋转，快速冷却风...在整个过程中，屏幕每3秒钟显示一次实时检测的温度数据。1.实验设备和电路连接

实验器材：Arduino UNO主板一个，DHT11温湿度传感器一个，风扇模块一个，绿色、黄色和红色LED灯各一支，面包板一块，各色杜邦线若干;对照设计好的电路接线图进行器材连接（如图1）。

实验设备:Arduino UNO主板一块，DHT11温湿度传感器一块，风扇模块一块，绿黄红LED灯一块，面包板一块，各种颜色的杜邦线若干根；根据设计的电路接线图连接设备(如图1所示)。

首先，将Arduino的5V和GND通过杜邦线连接至面包板一侧的红色和蓝色线槽;接着，将绿色、黄色和红色LED灯的短腿（负极）均插接至蓝色线槽，长腿（正极）则分别插接至a列某行插孔中，再通过同种颜色的杜邦线将正极与Arduino的11号、12号和13号数字引脚相连;然后，将温度传感器和风扇模块的VCC端和GND端均通过杜邦线与面包板的红色、蓝色线槽连接，二者的信号端则分别插接至Arduino的2号和3号数字引脚;最后，通过数据线将Arduino与计算机USB接口连接，完成电路连接（如图2）。

首先将Arduino的5V和GND通过杜邦线连接到面包板侧的红蓝线槽；然后将绿色、黄色、红色LED灯的短腿(负极)插入蓝色线槽，长腿(正极)分别插入A列的一排插孔，然后正极通过同色的杜邦线与Arduino的11号、12号、13号数字引脚连接；然后，温度传感器和风扇模块的VCC端子和GND端子通过杜邦线缆与面包板的红蓝线槽连接，它们的信号端子分别插入Arduino的2号和3号数字引脚；最后通过数据线将Arduino与电脑的USB接口连接，完成电路连接(如图2)。

2.Arduino IDE代码编程实现“高温监控”

在Arduino IDE中对DHT11温湿度传感器进行编程控制的前提是要安装DHT.h库，首先依次点击菜单“项目”-“加载库”-“管理库”项，在弹出的“库管理器”中以“DHT11”为关键词进行搜索，会出现一个名为“DHT sensor library（by Adafruit）”的库，显示支持DHT11（目前最新版本为1.4.2）;接着，点击“安装”按钮（如图3），在弹出的提示窗口中点击“Install all”按钮进行下载和安装;结束后返回“加载库”中查看，底部“推荐的库”中就会显示有“DHT sensor library”项，说明安装成功。

在Arduino IDE中编程控制DHT11温湿度传感器的前提是安装DHT.h库。首先依次点击菜单项“项目”-“加载库”-“管理库”，在弹出的库管理器中搜索“DHT11”，会出现一个名为“DHT传感器库(由Adafruit提供)”的库。然后，点击“安装”按钮(如图3)，在弹出的提示窗口中点击“全部安装”按钮下载安装；完成后回到“加载库”查看，底部的“推荐库”会显示“DHT传感器库”项，表示安装成功。

首先导入DHT.h库：“#include ”，并且通过语句“DHT dht（2， DHT11）;”对连接在2号数字引脚的温度传感器信号端进行初始化;然后定义Fan、GreenLED、YellowLED和RedLELD四个变量，对风扇模块（3号数字引脚）、绿色（11号）、黄色（12号）和红色（13号）LED灯进行引脚编号声明：“int Fan = 3;”“int GreenLED = 11;”“int YellowLED = 12;”和“int RedLED = 13;”;接下来，在setup（）函数中先通过语句“Serial.begin（9600）;”设置串口监视器的波特率，再通過语句“dht.begin（）;”开启DHT11温度传感器的数据通讯，最后通过pinMode（）对风扇模块和三个LED灯的引脚模式均设置为输出模式：“pinMode（Fan， OUTPUT）;”“pinMode（GreenLED， OUTPUT）;”“pinMode（YellowLED， OUTPUT）;”和“pinMode（RedLED， OUTPUT）;”（如图4）。

首先导入DHT.h库:“#include”，传递语句“DHT dht(2，DHT 11)；”初始化连接到2号数字引脚的温度传感器的信号端子；然后定义了fan、GreenLED、YellowLED、RedLELD四个变量，并声明了Fan模块(3号数字引脚)、green(11号)、yellow(12号)、red(13号)LED灯的引脚号:“int Fan = 3；”" int GreenLED = 11"" int YellowLED = 12"和“int RedLED = 13”；接下来，在setup()函数中，首先传递语句“serial . begin(9600)；”设置串口监视器的波特率，然后传递语句“DHT . begin()；”打开DHT11温度传感器的数据通讯，最后通过pinMode()将风扇模块和三个LED灯的pin mode设置为输出模式:“pinMode(Fan，OUTPUT)；”"引脚模式(绿色，输出)；""引脚模式(黄色LED，输出)；"和“引脚模式(红色LED，输出)；”(图4)。

在loop（）函数中先定义浮点型变量Temperature，通过“float Temperature = dht.readTemperature（）;”语句实现对检测温度数据的读取，然后将该数据在串口监视器中输出：“Serial.print（"当前温度为："）;”“Serial.print（Temperature）;”和“Serial.println（"℃"）;”;接着，构建“if…else if…else…”三分支选择结构，对温度数据进行数值区间判断：如果温度在28℃以下——“if （Temperature 28.00 Temperature

注意，DHT11温湿度传感器的数据采样频率不能太高，因此通过语句“delay（3000）;”来实现3秒钟的延迟;最后，关闭LED灯和风扇模式：“digitalWrite（GreenLED， LOW）;”“digitalWrite（YellowLED， LOW）;”“digitalWrite（RedLED， LOW）;”和“analogWrite（Fan， 0）;”，完成程序的编写（如图5）。

在loop()函数中，首先定义浮点变量Temperature，并传递“float Temperature = DHT . read Temperature()；”语句读取检测到的温度数据，然后在串口监视器中输出数据:" Serial.print("当前温度为:")；"" Serial.print(温度)；"和“serial . println(“℃”)；然后构造一个“if…else if…else…”的三分支选择结构，判断温度数据的数值区间:如果温度低于28℃——“if(temperature 28.00 temperature)注意DHT11温湿度传感器数据的采样频率不能太高，所以语句“delay(3000)；“实现3秒钟的延迟；最后关闭LED灯和风扇模式:“digitalWrite(GreenLED，低)；" " digitalWrite(黄色，低)；" " digitalWrite(红色，低)；”和“analogWrite(范，0)；"，完成编程(如图5)。

将程序保存、编译并上传到Arduino，在三种不同的环境温度下测试“高温监控器”。串口显示器会每三秒显示一次温度数据的实时检测值，同时会触发不同颜色的LED灯或风扇模块产生相应的预设“动作”。3.Python实现“高温监视器”

首先通过语句“import time”和“from pinpong.board import Board，pin，DHT11”导入time和Pinpong库的相关内容，初始化Arduino uno开发板:“Board(“uno”)。begin()"；然后，DHT11温湿度传感器、风扇模块、三个LED灯的对应管脚用五句话声明，包括管脚号和输入或输出方式(注意风扇模块是PWM输出):“DHT11 = DHT11(管脚。”)“范=销(销。D3，Pin.pwm)" "绿色LED =引脚(pin.d11，引脚。OUT)" "黄色LED =引脚(pin.d12，引脚。OUT)”和“RedLED = Pin(引脚。D13，pin.out)”。

在“while True：”循环结构中，先建立变量Temperature并為其赋值：“Temperature = dht11.temp_c（）”，即获取温度传感器的摄氏度数据，并且将它打印输出：“print（'当前温度为： '，Temperature，'℃'）”;然后再建立“if…elif…else…”三分支选择结构，对变量Temperature的数值进行判断，当检测的环境温度在28℃以下时：“if Temperature 28.00 and Temperature 在“while True:”的循环结构中，首先建立变量Temperature并赋一个值:“Temperature = dht11.temp_c()”，即获取温度传感器的温度数据并打印出来:“print('当前温度为:'，温度，'℃')”；然后建立“if…elif…else…”的三分支选择结构来判断变温的值。当检测到的环境温度低于28℃时，“如果温度28.00和温度”

保存程序，按功能键F5运行，测试Arduino“高温监视器”。效果和用Arduino IDE代码编程完全一致(图6)。4.思维+图形编程实现“高温监控”

首先点击Mind+左下角的“展开”项，将Arduino Uno主控板和DHT11/22温湿度传感器加载到主界面；然后在“循环执行”中建立一个名为“temperature”的变量，赋值为“reading pin 2'DHT1' temperature (℃)”，在串口监视器中以9600的波特率输出字符串；然后建立“如果…则执行…否则…则执行…否则…”的三分支选择结构，以数值区间判断变量“温度”的值:如果小于等于28℃，则“将数字引脚11的输出设置为高电平”(绿色LED亮起)；如果大于28℃且小于等于30℃，则“将数字引脚12的输出设置为高电平”(黄色LED亮)，“将PWM引脚3的输出设置为127”(风扇模块中速旋转)；否则(即温度高于30℃时)，执行“将数字引脚13的输出设置为高电平”(红色LED亮起)和“将PWM引脚3的输出设置为255”(风扇模块高速旋转)；最后，等待3秒，将三个led全部设置为低电平，关闭PWM值为0的风扇模块。

将程序保存后点击“上传到设备”项，测试Arduino“高温监控仪”，同样也会实现每隔3秒钟检测一次环境温度的功能，并且对不同的温度数据进行开关对应颜色的LED灯及风扇模块不同转速的控制，与使用代码编程实现的效果是完全一致的（如图7）。

保存程序后，点击“上传到设备”项，对Arduino“高温监控器”进行测试，同样会实现每3秒检测一次环境温度的功能，控制相应颜色的LED灯和不同温度数据下风扇模块的不同转速，与使用代码编程达到的效果完全一致(图7)。