霜脉Rheocline的技术笔记

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树莓派+传感器搭建环境监测系统 ​

2024年5、6月左右，参加了一个物联网比赛（具体哪个比赛记不清了），做了一个基于树莓派4B的环境监测系统，主要面向农业温室场景。最后拿了个省三等奖。

系统功能 ​

  • 实时检测温湿度（DHT11）、烟雾、火焰、人体红外。
  • 摄像头拍照和录像（报警时触发）。
  • 超出设定范围或检测到异常时：蜂鸣器报警、LED闪烁、发送邮件、记录日志。
  • 所有传感器数据多线程并发读取，提高响应速度。

硬件连接 ​

树莓派4B通过面包板连接以下模块：

模块GPIO引脚(BCM)功能
DHT1116温湿度
火焰传感器26检测火源
烟雾传感器20检测烟雾
人体红外27检测人员
蜂鸣器13报警
LED（红）17报警指示灯

传感器供电从树莓派3.3V/5V取，共地。

代码结构 ​

项目目录如下：

shell
基于树莓派4b的环境检测系统
├── buzzer.py       蜂鸣器控制
├── camera.py       摄像头采集（拍照/录像）
├── cell.py         主控逻辑
├── DHT11.py        温湿度驱动
├── flame.py        火焰传感器
├── human.py        人体红外
├── record.py       数据记录（日志、JSON）
├── smoke.py        烟雾传感器
├── us_email.py     邮件发送（QQ邮箱SMTP）
└── 测试.py         临时调试脚本

主程序 cell.py 的核心逻辑：

python
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import DHT11, smoke, flame, human, us_email, camera, buzzer, record
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
dht11_pin = 16
flame_pin = 26
smoke_pin = 20
human_pin = 27
beeper_pin = 13
led_pin = 17

def multithreading(settings, now_time):
    with ThreadPoolExecutor() as executor:
        future_dht = executor.submit(DHT11.read_dht11, settings[0])
        future_flame = executor.submit(flame.detect_fire, settings[1])
        future_smoke = executor.submit(smoke.detect_smoke, settings[2])
        future_human = executor.submit(human.run_person_detector, settings[3])
        future_photo = executor.submit(camera.capture_photo, f"{now_time}.jpg")
        # 获取结果
        temp, hum = future_dht.result()
        flame_ok = future_flame.result()
        smoke_ok = future_smoke.result()
        human_ok = future_human.result()
        photo_path = future_photo.result()
        return temp, hum, flame_ok, smoke_ok, human_ok, photo_path

遇到过的问题及处理 ​

1. 传感器读数不稳定，尤其是DHT11 ​

DHT11偶尔会读出nan或明显异常值（如温度-50°C）。解决方案：在读取函数中加入校验，如果数值明显超出物理范围，跳过本次数据，使用上一次有效值或等待下一次轮询。

2. 单线程轮询太慢 ​

如果顺序读取每个传感器（先读DHT11（约2秒），再读火焰、烟雾、人体……），一次完整检测需要几十秒。改用ThreadPoolExecutor并发读取后，几秒内就能完成所有检测。超时机制统一设置，一旦某个传感器长时间无响应则跳过。

3. 摄像头录像格式.h264的播放问题 ​

报警时触发摄像头录制5秒视频，保存为.h264格式。比赛期间直接在文件系统中找到视频文件，用VLC或树莓派自带播放器查看。原本打算写一个配套的App来实时查看，但比赛后没有继续。

4. 邮件发送配置（QQ邮箱） ​

报警邮件通过QQ邮箱的SMTP服务发送。配置如下：

  • SMTP服务器：smtp.qq.com
  • 端口：587（TLS）
  • 密码：使用授权码，不是QQ登录密码。代码中写的是qhlgnjtybtazdjja（示例，实际已更改）。

没有被拦截为垃圾邮件，可能是因为发送频率不高。

5. 多传感器同时触发时的行为 ​

如果火焰、烟雾、人体同时检测到异常，报警逻辑会：

  • 点亮红色LED
  • 激活蜂鸣器，持续几秒 → 停止 → 再持续（防止长时间吵闹）
  • 录制视频并保存
  • 发送包含错误信息、传感器数据、视频路径的邮件
  • 写入错误日志

温湿度范围设定 ​

通过DHT11.dht11_range_setting()让用户交互式输入温度（°C）和湿度（%）的上下限。比赛演示时临时设为温度20-30°C，湿度40-70%。实际没有真正部署到农田或温室，只是实验室演示。

最终状态 ​

比赛结束后，代码和硬件都还保留着。没有实地部署过。省三等奖，虽然不高，但这是第一次用树莓派做物联网完整项目，学到了多线程、传感器驱动、邮件通知、异常处理等。

附：代码仅作存档，硬件环境已拆散。如果重新部署需要重新接线和配置SMTP授权码

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