从零构建智能家居：ESP32与DHT11的物联网温湿度监控系统-平芜编程栈

从零构建智能家居：ESP32与DHT11的物联网温湿度监控系统

1. 项目概述与核心组件选择

在智能家居生态系统中，环境监测是最基础也最关键的环节之一。温湿度数据不仅直接影响居住舒适度，还与家电控制、能耗管理密切相关。ESP32作为一款集成Wi-Fi和蓝牙功能的低成本微控制器，配合DHT11数字温湿度传感器，可以构建一个高性价比的远程监控方案。

为什么选择这个组合？

ESP32的双核处理器和丰富外设接口（GPIO、ADC、PWM等）为智能家居提供了充足的计算资源
DHT11虽然精度不如高端传感器（±2℃温度精度，±5%湿度精度），但其5-10元的成本优势非常适合大规模部署
单总线通信协议减少了布线复杂度，3.3V-5V宽电压支持适配大多数开发板

提示：DHT22是DHT11的升级版，温度测量范围扩大到-40~80℃，精度提升至±0.5℃，但价格也相应提高3-5倍。根据项目预算和精度要求灵活选择。

2. 硬件连接与电路设计

正确的硬件连接是系统稳定运行的基础。DHT11模块通常有三个有效引脚（部分版本有四个引脚，其中NC为空脚）：

引脚名称	连接目标	备注
VCC	ESP32 3.3V	也可接5V提升信号传输距离
DATA	ESP32 GPIO	推荐GPIO4、GPIO5等
GND	ESP32 GND	确保共地

关键电路设计要点：

在DATA线和VCC之间添加4.7kΩ上拉电阻，确保信号稳定
长距离传输时（>1米），建议采用屏蔽线并降低上拉电阻值
避免将传感器放置在空调出风口、窗户旁等温湿度剧烈波动区域

// 典型接线示例（使用GPIO4） #define DHTPIN 4 #define DHTTYPE DHT11

3. 开发环境配置与基础代码实现

PlatformIO+VS Code是目前最高效的ESP32开发方案，相比Arduino IDE提供更完善的代码管理和库支持。

依赖库安装：

Adafruit Unified Sensor（基础传感器库）
DHT sensor library（专用于DHT系列）
PubSubClient（MQTT通信）

; platformio.ini配置示例 [env:esp32dev] platform = espressif32 board = esp32dev framework = arduino lib_deps = adafruit/Adafruit Unified Sensor@^1.1.4 adafruit/DHT sensor library@^1.4.3 knolleary/PubSubClient@^2.8

基础数据读取代码：

#include <DHT.h> DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); void setup() { Serial.begin(115200); dht.begin(); } void loop() { delay(2000); // DHT11采样周期需≥1s float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); if (isnan(h) || isnan(t)) { Serial.println("传感器读取失败"); return; } Serial.print("湿度: "); Serial.print(h); Serial.print("%\t温度: "); Serial.print(t); Serial.println("°C"); }

4. 云端平台接入与数据可视化

ThingsBoard开源物联网平台提供了完善的数据可视化和设备管理功能，其免费版已能满足大多数智能家居需求。

MQTT接入关键步骤：

在ThingsBoard创建设备，获取ACCESS_TOKEN
配置Wi-Fi连接参数
实现数据上报JSON格式

#include <WiFi.h> #include <PubSubClient.h> const char* ssid = "your_SSID"; const char* password = "your_PASSWORD"; const char* mqttServer = "demo.thingsboard.io"; const char* token = "YOUR_DEVICE_TOKEN"; WiFiClient espClient; PubSubClient client(espClient); void reconnect() { while (!client.connected()) { if (client.connect("ESP32Client", token, NULL)) { Serial.println("MQTT连接成功"); } else { delay(5000); } } } void publishData(float temp, float hum) { char payload[256]; snprintf(payload, sizeof(payload), "{\"temperature\":%.1f, \"humidity\":%.1f}", temp, hum); client.publish("v1/devices/me/telemetry", payload); }

微信小程序开发技巧：

使用ECharts-for-WeChat实现专业级图表
配置WebSocket连接实现实时数据更新
添加异常数据阈值告警功能（如湿度>70%触发除湿器）

5. 低功耗优化与进阶功能

对于电池供电的场景，ESP32的深度睡眠模式可大幅延长设备续航：

#define uS_TO_S_FACTOR 1000000 #define SLEEP_DURATION 300 // 秒 void setup() { // 初始化及数据上传代码... esp_sleep_enable_timer_wakeup(SLEEP_DURATION * uS_TO_S_FACTOR); esp_deep_sleep_start(); } void loop() {} // 不会执行

多传感器融合方案：

结合CO2传感器（如MH-Z19）评估空气质量
添加光照传感器实现智能窗帘控制
使用PMS5003检测PM2.5/PM10

// 传感器数据融合示例 void evaluateComfortLevel(float temp, float hum, int co2) { if (co2 > 1000) { Serial.println("警告：CO2浓度过高，建议通风"); } if (temp > 28 && hum > 70) { Serial.println("环境闷热，建议开启空调除湿"); } }

6. 异常处理与系统稳定性提升

工业级应用需要完善的错误恢复机制：

常见问题解决方案：

传感器无响应：添加硬件看门狗定时器
WiFi断连：实现自动重连与离线缓存
数据异常：采用滑动窗口滤波算法

// 改进的数据读取函数 bool readDHT(float *temp, *hum) { for (int i=0; i<3; i++) { // 最多重试3次 *hum = dht.readHumidity(); *temp = dht.readTemperature(); if (!isnan(*hum) && !isnan(*temp)) { // 数据校验 if (*hum>=0 && *hum<=100 && *temp>=-20 && *temp<=60) return true; } delay(1000); } return false; }