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随着社会经济的持续发展，智能化建筑已成为一个具备广阔前景与巨大发展潜力的重要产业。推动建筑业的智能化转型，不仅有助于优化国家产业结构，同时也是提升居民生活质量、改善能源使用效率的关键举措之一。本文提出了一种基于STM32单片机技术构建的智能大厦能耗管理系统，旨在实现对建筑能源使用的高效监控与科学管理。
系统开发过程中，采用Keil 5作为主要的集成开发环境，完成平台后台程序的设计与调试工作，并通过C语言进行核心代码的编写与功能实现。该系统有效应对了当前智能建筑在实际运行中面临的能耗监测不精准、管理手段落后等问题，满足了现代化建筑对能耗数据采集、分析及远程控制等多方面的需求。[此处为图片1]
从软件架构角度出发，本系统设计并实现了多个关键功能模块，包括实时数据采集、能耗统计分析、异常报警提示以及人机交互界面等，全面支撑建筑行业管理水平的提升。经过完整的功能测试验证，系统展现出良好的稳定性与易用性，操作界面直观清晰，功能齐全，具备较高的实用价值和推广潜力。
该智能能耗管理系统能够实现对建筑能源使用的全过程、全方位信息化管理，提供有力的能效评估与节能优化支持。通过将智能大厦建设与绿色建筑、可持续发展理念深度融合，不仅提升了资源利用效率，也为全国范围内推进节约型智能建筑的发展提供了可复制、可推广的示范模式。[此处为图片2]
关键词：智能化建筑；STM32单片机；水资源
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
本课题聚焦于智能大厦能耗管理系统的开发与设计，旨在推动建筑能源的信息化管理。通过实现对能源消耗全过程、多维度的监控与优化，提升能源利用效率，降低运行成本，促进人、建筑与自然环境之间的和谐共存，助力绿色可持续发展目标的实现。将智能化技术融入楼宇管理系统中，有助于在全国范围内推广节约型智能建筑模式，发挥示范引领作用。
尽管我国水资源总量相对丰富，但可开发利用的淡水资源占比有限，属于典型的“水质型缺水”国家。水资源短缺已成为制约城市经济社会发展的重要因素之一。因此，推进节水措施、提高用水效率是全社会共同面临的任务。党的十九大明确提出“推进资源全面节约和循环利用，实施国家节水行动”。在此背景下，智能大厦能耗管理系统作为落实节水政策的重要手段，在强化用水监管、制定用水标准、实现精准计量以及减少浪费等方面具有重要意义。
1.2 主要研究内容
本系统致力于构建一套完整的智能大厦能耗管理平台，主要由上位机、用水监测模块、用电监测模块、显示单元和单片机构成。其中，用水监测模块负责实时采集用水数据，并进行本地显示与远程上传；用电监测模块则持续跟踪电力使用情况，同步完成数据显示与信息传输；上位机具备设定用水与用电阈值的功能，实现预警与控制联动。
所研究的智能型建筑能源管理系统具备以下核心功能：
- 用水监控模块实现对用水量的实时采集、本地展示并上传至上位机；
- 当检测到异常用水行为时，系统自动关闭供水阀门，并向上位机发送报警信号，提示管理人员及时介入；
- 电力监测模块持续跟踪电能消耗状态，实现数据显示与远程传送；
- 电气设备耗电状况由专用监控模块实时掌握，并同步反馈至计算机端；
- 电源设备出现故障或异常时，系统自动切断供电回路，并触发警报通知运维人员；
- 配电箱内部温度被持续监测，相关数据实时显示并传送给主控设备；
- 供水系统的启停可由上位机进行手动操控；
- 当配电箱温度超过安全范围，上位机会发出警告，并自动启动通风降温装置；
- 供电操作支持上位机远程人工干预控制。
第2章 现状分析
2.1 国内研究现状
2018年，宋胜丽在其论文《新形势下完善上海市水平衡测试管理制度的研究》中探讨了基于单片机的下位机在水平衡生产调度与能源监测系统中的应用。文中详细描述了以80C196KB单片机为核心的下位机系统架构、特性及其工作原理。该方案在设备层采用80C19K单片机构建分布式数据采集网络，实现了高效的数据获取与初步处理。实际运行结果显示，该系统结构简洁、稳定性高，各项性能指标均满足工业现场需求，具备良好的实用性与扩展性。[1]
[此处为图片1]2.2 国外研究现状
在国外，智能建筑能源管理系统的发展起步较早，技术体系较为成熟。欧美等发达国家普遍采用集成化、网络化的监控平台，结合先进的传感器技术和无线通信协议（如ZigBee、LoRa、BACnet等），实现对建筑内水、电、气等多种能源的精细化管理。部分系统已引入人工智能算法，用于负荷预测、能耗分析与节能策略自动生成，显著提升了管理效率与节能效果。此外，国外注重标准化建设，制定了多项关于建筑能效评估与管理系统的技术规范，为系统推广应用提供了有力支撑。
第3章 系统的总体设计
3.1 设计方案
本系统采用“感知—传输—处理—控制”的四层架构模式。底层为各类传感器模块，负责采集温度、水流量、电流电压等关键参数；中间层为STM32单片机作为主控制器，完成数据融合与逻辑判断；通信层借助ZigBee无线模块实现与上位机的数据交互；顶层为上位机软件平台，提供人机界面、数据分析与远程控制功能。
3.2 功能需求分析
3.2.1 技术路线
系统以STM32F103C8T6为核心控制芯片，外接多种功能模块，包括DS18B20温度传感器、YL-69土壤湿度传感器（模拟用水状态）、ACS712电流传感器、OLED显示屏、蜂鸣器报警单元、继电器执行机构及ZigBee无线通信模块。通过模块化编程方式实现各子系统的协调运作，最终达成对建筑水电资源的智能管控目标。
3.2.2 预期结果
预期实现的功能包括：实时监测水电气消耗数据、异常状态自动报警与切断、环境温度监控、人机交互显示、远程阈值设置与手动控制指令下发。系统可在无人值守情况下稳定运行，有效降低资源浪费，提升管理自动化水平。
3.3 总体方案设计
整体系统分为数据采集层、控制处理层、通信传输层和用户交互层四个部分。采集层包含多个传感器节点，部署于楼宇关键位置；控制层由STM32完成数据整合与决策输出；通信层采用ZigBee组网技术保障数据可靠传输；用户层通过PC端软件实现可视化监控与操作。系统拓扑结构清晰，易于维护与扩展。
3.4 单片机型号选择
选用STM32系列ARM Cortex-M3内核的微控制器，因其具备高性能、低功耗、丰富的外设接口和强大的中断处理能力，非常适合嵌入式控制系统应用。相比传统51单片机，其运算速度快、存储空间大、支持复杂算法处理，能够满足多任务并发运行的需求，是本系统理想的核心处理器件。
第4章 系统的硬件及软件设计
4.1 系统的主要功能模块设计
4.1.1 温度传感器测量设计
采用DS18B20数字温度传感器对配电箱内部温度进行实时监测。该传感器具有单总线接口、测温精度高、抗干扰能力强等特点。传感器直接连接至STM32的GPIO引脚，通过时序控制完成温度读取。采集到的数据经校准后送入主程序参与逻辑判断，一旦超出设定阈值即触发告警机制。
4.1.2 ZigBee无线模块模组模块设计
ZigBee模块用于构建低功耗、短距离无线通信网络，实现终端节点与上位机之间的数据交换。模块工作在2.4GHz频段，支持点对点与星型拓扑结构。STM32通过串口与其通信，发送采集数据并接收来自上位机的控制命令。该设计增强了系统的灵活性与布线便捷性。
4.1.3 蜂鸣器传感器模块设计
蜂鸣器作为声光报警装置，用于提示系统异常事件的发生。当检测到非法用水、电路过载或温度过高时，STM32输出高电平驱动三极管导通，使蜂鸣器发声报警。同时，相关信息也会通过ZigBee上传至上位机，确保双重提醒机制的有效性。
4.1.4 OLED液晶显示屏模块设计
OLED屏用于本地显示当前水流量、电量、温度等运行参数。采用IC通信协议与STM32连接，占用资源少且刷新速度快。界面设计简洁直观，支持多页切换查看不同数据项，方便现场人员快速掌握系统状态。
4.1.5 继电器模块设计
继电器作为执行元件，用于控制供水阀门与电源开关的通断。STM32根据预设条件输出控制信号，经光电隔离与驱动电路后驱动继电器动作，从而实现对供水供电回路的自动切断或恢复。该模块具备电气隔离功能，提高了系统安全性。
4.2 软件主流程图
系统上电后首先进行初始化操作，包括各外设模块、通信接口与变量的配置。随后进入主循环，依次执行数据采集、状态判断、结果显示、报警检测与通信收发等任务。整个流程采用轮询机制，保证各功能模块有序运行。
[此处为图片2]4.3 温度采集模块的软件设计
软件部分遵循DS18B20的数据手册时序要求，编写初始化、ROM操作、启动转换与读取温度值的函数。每次采集前先发送复位脉冲，再进行匹配ROM与功能命令发送，最后读取两个字节的温度数据并转换为十进制数值供后续使用。
4.4 显示模块软件的设计
OLED显示驱动基于SSD1306控制器编写，采用HAL库进行IC通信配置。程序中定义多个显示页面，分别展示水流量、用电量、温度与系统状态信息。每帧更新前清屏处理，避免残留显示。文本字号与布局经过优化，确保清晰可读。
4.5 蜂鸣器模块的软件设计
蜂鸣器控制逻辑嵌入在主循环的报警判断环节中。当任一监测参数越限时，系统置位报警标志位，触发蜂鸣器持续鸣响，直到人工确认或故障解除。软件中设有去抖延时，防止误触发。
4.6 通信模块的软件设计
ZigBee模块通过UART与STM32通信。发送端将封装好的数据包（含设备ID、数据类型、数值、时间戳）按帧格式发出；接收端解析收到的数据，提取控制指令并执行相应动作。通信过程加入CRC校验机制，提升数据传输可靠性。
4.7 水流量传感器模块的软件设计
水流量传感器采用霍尔效应原理，输出脉冲信号。STM32通过外部中断或定时器捕获功能统计单位时间内的脉冲数量，结合管道系数换算成实际流量值。软件中设置累计流量计算功能，并支持清零操作。异常用水判断依据设定阈值与变化速率双重条件。
第5章 系统测试
5.1 系统实物图
系统搭建完成后，完成了各模块的物理连接与整体装配。实物包括主控板、传感器阵列、显示单元、继电器组与电源模块，整体布局合理，走线规范，便于后期维护与调试。
[此处为图片3]5.2 蜂鸣器功能模块测试
测试过程中模拟温度超限与非法用水场景，观察蜂鸣器是否按时发声。实验结果表明，在接收到报警信号后，蜂鸣器能立即启动并持续鸣叫，声音清晰可辨，响应时间小于1秒，符合设计要求。
5.3 温度传感器功能模块测试
使用恒温源对比DS18B20测量值与标准温度计读数，测试其准确性。在20℃~80℃范围内，误差不超过±0.5℃，重复性良好。同时验证了高温报警联动功能，当温度达到预设上限时，系统成功触发报警并记录事件。
5.4 水流量传感器功能模块测试
通过标准容器定量放水方式进行标定测试。记录传感器输出脉冲数与实际水量的关系，得出线性拟合曲线。测试结果显示，测量误差在±3%以内，满足日常监控需求。同时验证了异常用水识别功能的有效性。
5.5 ZigBee通信功能模块测试
在不同距离与障碍环境下测试ZigBee模块的通信稳定性。结果表明，在空旷环境中通信距离可达50米以上，数据丢包率低于2%。上下位机之间能够稳定收发数据包，指令执行准确无误。
第6章 总结与展望
6.1 总结
本文完成了一套基于STM32的智能大厦能耗管理系统的软硬件设计与实现。系统集成了水、电、温度等多类传感器，借助ZigBee无线通信技术实现数据上传与远程控制，具备实时监测、异常报警、自动切断与人机交互等功能。经过测试，各项指标基本达到预期目标，具备一定的实用价值与推广前景。
6.2 展望
未来可在现有基础上进一步优化系统性能，例如引入Wi-Fi或NB-IoT实现广域联网，接入云平台进行大数据分析；增加AI算法实现能耗预测与智能调度；拓展对空调、照明等其他子系统的集成管理。同时可考虑开发移动端APP，提升用户体验与管理便捷性，推动系统向更高层次的智慧建筑解决方案演进。
参考文献
[1] 宋胜丽. 新形势下完善上海市水平衡测试管理制度的研究[D]. 上海交通大学，2018.
致谢
感谢所有在项目研发过程中提供技术支持与学术指导的老师与同仁。
附录
附录包含系统原理图、PCB版图、主要代码片段及元器件清单。
2017年，张维勇在其论文《用水信息化管理在节水型单位建设中的应用》中提出了一种基于STM32F103Z单片机与昆仑通泰触摸屏的水电解制氢监测系统架构。该系统采用下位机与上位机协同工作的模式：其中，STM32F103Z单片机负责数据采集与初步处理，作为核心控制单元；而昆仑通泰触摸屏则作为人机交互界面，承担实时数据显示、报警提示以及异常数据存储等功能。
该系统的功能特点主要包括以下几个方面：
- 自动化的数据采集与处理：单片机可连接多种传感器或外部设备，实现对现场数据的自动读取，并完成滤波、预处理、计算等操作，从而提取有效信息并支持后续算法运行。
- 实时监控与报警机制：触摸屏接收来自单片机的数据流，进行动态可视化展示，使用户能够直观掌握系统运行状态。同时，可通过设定阈值或识别特定数据模式，在检测到异常时立即触发报警。
- 异常数据记录与保存：当系统监测到不符合规范的数据时，触摸屏具备将此类异常信息持久化存储的能力，便于后期回溯分析，帮助定位问题根源并制定改进措施。
- 小型化、低功耗与高移植性：由于采用嵌入式单片机作为主控单元，整个系统具有体积小、功耗低的优势，适用于便携式或嵌入式应用场景。触摸屏设备也可根据实际需求选择合适型号，通信接口简单，易于集成和迁移。
这种由单片机与触摸屏构成的软硬件协同结构，广泛适用于物联网终端、智能家居控制系统及工业自动化领域，实现了从数据获取、处理到监控预警的一体化流程。其设计理念为相关研究提供了有价值的参考依据。[2]
[此处为图片1]
在国内，近年来也逐步推出了诸如天正、斯维尔、PKPM等建筑能耗分析软件。尽管这些软件多以DOE-2为核心引擎，但其本土化的参数设置与使用逻辑更贴合我国建筑环境的实际需求，因此在智能楼宇能效评估方面展现出更强的适用性。
随着无线物联网技术不断融入楼宇能耗管理系统，这一融合不仅推动了智能楼宇的普及化进程，使人们得以切实享受科技进步带来的便利，同时也为无线物联网向其他行业领域的拓展奠定了坚实基础。当前，无线物联网智能楼宇能耗管理系统的核心能力在于对能耗数据的实时采集与持续监控，从而提升能源使用的合理性与整体利用效率。这不仅显著增强了能源管理的智能化水平，也为社会经济的可持续发展注入了强劲动力。
然而，尽管前景广阔，无线传感器网络技术在稳定性、传输可靠性及大规模部署方面的成熟度仍有待进一步提升，尚无法完全满足复杂场景下的全面应用需求。
在国际研究方面，Gang Zhu于2019年发表的《Design of the PLC On-Line Optimization Pi Controller Parameters Based on Fuzzy Algorithm》一文中指出，早期楼宇能耗管理主要依赖人工方式进行数据收集。虽然借助仪器可以获取部分数据，但这种方式无法实现数据的实时传输与动态更新，所得结果仅为静态快照，难以反映系统运行的真实动态过程。因此，传统的人工采集手段已无法适应现代楼宇对海量实时数据处理和多功能集成的要求。[13]
目前，尽管众多企业和高校正在积极研发各类楼宇节能产品，但在功能完整性与系统集成度方面仍存在较大提升空间。在现有的能耗分析工具中，多数软件仍集中于模拟仿真层面，例如在全球范围内广泛应用的EnergyPlus。该软件由美国能源部（Department of Energy, DOE）与劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL）联合开发，能够对智能建筑的供热、制冷、照明等关键系统的能耗情况进行全面模拟，并提供相应的成本评估支持。
同年，a等人在《Design And Development Of Real-Time Small Scale IoT Based Energy Monitoring System》[14]中提出了一种基于物联网的小规模实时能源监测系统的数字化实现方案。该系统被命名为EMOSY，旨在替代传统高成本的电能计量设备，具备便携性和实用性，且无需对电器本身的内部或外部线路进行任何改动即可部署使用。
EMOSY通过电压检测器电路捕捉静电场信号，并利用放大技术增强读数精度。采集到的数据经由集成于Arduino NodeMCU的ESP8266 Wi-Fi模块上传至远程数据库。系统前端网页界面采用Adobe Dreamweaver开发，结合HTML与PHP语言构建，用户可通过该平台查看各用电设备的能耗数据及对应的电费估算信息。
实验结果表明，该系统能够有效识别静电存在，实现对电能使用的准确监测，并将数据延伸用于电费预测。这一功能使其在住宅、商业以及工业领域的能耗模式分析中展现出广泛应用价值，对于推动节能措施落地、降低整体能源消耗具有重要意义[4]。
同年内，BiSa在《Impact of Energy Monitoring and Management Systems on the Implementation and Planning of Energy Performance Improved Actions： An Empirical Analysis Based on Energy Audits in Italy》[19]中探讨了能源监测与管理系统（EnMS）在能源绩效改进行动（EPIA）规划与实施过程中的实际影响。研究指出，开展能源审计（EA）是提升能源效率的第一步，也是关键环节。
评估报告为特定设施提供了详尽的能耗信息，有助于识别并量化具备成本效益的EPIA项目。欧洲能源效率指令（EED）强调了EA和EnMS工具在清洁能源转型中的核心地位，并推动其在企业层面的普及应用。本研究聚焦于意大利两个工业部门与两个第三产业部门，深入分析在执行EED第8条过程中，EnMS（特别是ISO 50001标准）与EA之间的关联性。
同时，研究还考察了企业规模、是否配备能源监控系统以及是否实施EnMS等因素对EPIA计划制定和落地效果的影响。研究发现，尽管影响能源效率的因素较为复杂，但已建立EnMS并部署监控系统的企业，在“节能项目数量/公司”和“EPIA数量/站点”两项指标上均表现更优。因此，有效的能源审计必须与持续性的监控机制相结合，才能真正服务于企业管理层的决策需求。
第3章 系统的总体设计
3.1 设计方案
本系统旨在构建一套面向智能大厦的综合能耗管理解决方案，主要由上位机、用水监测模块、用电监测模块、显示单元和单片机构成。其中，用水监测模块负责实时采集用水量数据，本地显示并通过通信链路传输至上位机；用电监测模块则实现对电力消耗状态的动态追踪，同步完成数据显示与远程上传功能。
上位机支持设定用水与用电的阈值参数，实现异常预警与自动响应。系统创新点在于引入了高灵敏度的用电监控机制，可在检测到电流异常时迅速切断电路，避免潜在风险。此外，系统集成了通风调控装置，当配电箱温度超过安全范围时，可自动启动散热设备进行环境调节。
3.2 功能需求分析
3.2.1 技术路线：
- 硬件构成：包括上位机、用水监测模块、用电监测模块、显示器及单片机；
- 软件开发环境：采用Keil 5作为程序开发平台；
- 电路原理图设计：使用Altium Designer（AD）完成；
- 编程语言：基于C语言进行底层代码编写；
- 系统结构设计：绘制完整的系统架构框图以指导开发流程。
3.2.2 预期结果：
所设计的智能大厦能耗管理系统具备以下核心功能：
用水监控模块： 实现对建筑内用水量的连续监测，实时将数据展示在本地终端，并上传至上位机供长期存储与查阅。
异常用水识别与控制： 系统可判断非正常耗水行为，如管道泄漏或阀门未关等情形，自动关闭供水阀门以减少水资源浪费，并向管理人员发送告警通知。
电力消耗监测： 对整体用电情况进行实时统计，将用电量信息呈现在计算机界面上，并传送到后台系统用于后续分析处理。
电气设备能耗监控： 针对重点用电设备进行专项监测，记录其功率变化趋势，数据同步上传至中央控制系统以便分类管理和能效评估。
电源异常检测与保护： 当电源设备出现过载、短路或其他故障时，系统将立即切断供电回路，防止设备损坏或引发安全事故，同时向上位机发送警报信息。
分配箱温度监控： 持续采集配电箱内部温度数据，实时显示并在超出预设阈值时触发报警机制，确保电气系统运行安全。
供水功能手动操控： 支持通过上位机远程控制供水阀门的开启与关闭操作，提升管理灵活性。
配电箱温控联动： 在检测到温度过高时，系统不仅发出警告信号，还可自动激活换气装置以实现降温目的。
供电功能远程控制： 上位机具备对手动供电操作的支持能力，允许管理员远程控制电源通断状态，增强应急响应效率。
综上所述，该系统实现了对用水量、电力消耗、电气设备运行状态、电源异常、配电箱温度以及供排水与供电功能的全面监控与智能调控。不仅能显著提高能源利用效率、减少资源浪费，还能在发生异常时第一时间发出警示，便于管理人员及时介入处理，保障建筑运行的安全性与经济性。
3.3 总体方案设计
本系统旨在构建一套智能大厦能耗管理系统，整体架构由上位机、用水监测模块、用电监测模块、显示装置、单片机等核心部分组成。系统通过各模块协同工作，实现对水电资源及环境参数的实时监控与智能控制。
用水监测模块负责采集实时用水数据，并将信息进行本地显示，同时上传至上位机进行集中管理。当检测到异常用水情况（如管道漏水或非正常高耗水）时，系统会自动关闭供水阀门，并向主控设备发送报警信号，提示管理人员及时介入处理。此外，上位机支持手动操作功能，可远程控制供水阀门的开关以及调节水流大小。
在电力管理方面，系统配备有电力监测、电气监控和电源监控三大模块。电力监测模块用于实时记录电能消耗量，并将数据传送到计算机端，便于后续的能源分析与统计；电气监控模块则专注于各类电气设备的运行功耗，帮助掌握设备使用状态；而电源监控模块能够在电压异常或电源故障发生时，自动切断电路输出，保障用电安全，并同步向上位机发出警告信息。
[此处为图片1]
系统还集成了配电箱温度监测机制，能够对分配箱内部温度进行持续检测，并将结果实时显示并传输至控制终端。一旦温度超过预设阈值，上位机会触发警报，并自动启动通风降温设备，防止因过热引发的安全隐患。
供电系统的手动控制同样由上位机完成，操作人员可根据需要远程开启或关闭电源，调整电力输出参数，提升管理灵活性。
上述功能共同构成了一个高效、安全、智能化的能耗管理体系，实现了对水、电消耗、设备运行状况及环境温度的全面感知、动态调控与异常预警，显著提升了建筑能源利用效率和运维安全性。
[此处为图片2]
3.4 单片机选型设计
本系统选用STM32F103C8T6作为主控芯片。该芯片由意法半导体推出，基于ARM Cortex-M3内核架构，是一款32位微控制器，具备64KB的程序存储空间，适用于多种嵌入式应用场景。其正常工作电压范围为2V至3.6V，可在-40℃到85℃的宽温环境下稳定运行，适应性强。
STM32系列普遍采用Cortex-M3或Cortex-M4内核，具备高性能运算能力与良好的实时响应特性，满足低功耗与高效率并重的应用需求。芯片内部集成丰富外设资源，包括多个UART、SPI、I2C、CAN、USB接口，以及ADC、DAC等模拟组件，支持多种通信协议，极大方便了系统扩展与联网设计。
在节能方面，该系列芯片采用了多种低功耗模式、动态电压调节技术和内置时钟源机制，有效降低系统整体能耗，延长设备使用寿命。同时，配套完善的开发工具链，如STM32CubeMX配置软件和ST-Link调试工具，使开发者能够快速完成项目搭建、参数配置与程序调试，提高开发效率。
得益于其高性能、外设齐全、功耗低及易开发等优势，STM32系列广泛应用于消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备以及航空航天等多个领域。
[此处为图片3]
第4章 系统硬件与软件设计
4.1 系统主要功能模块设计
4.1.1 温度传感器测量方案设计
在精确测温领域，常用的温度测量仪器包括压力式温度计、热电阻温度计、双金属温度计、热电偶温度计、光学高温计、辐射高温计以及红外温度计等。
压力式温度计是早期工业中广泛应用的一种测温手段，结构简单、抗冲击性能好、成本低廉且无需外部供电，因此曾被大量使用。但因其响应速度慢、密封结构需定期维护、易受外界环境干扰等缺点，目前已逐步退出主流检测场景。
当前，光学高温计、辐射高温计和红外温度计已成为非接触式测温的主要方式。这类技术具有测量精度高、响应速度快、无需物理接触被测物体等优点，特别适用于高温、运动或难以接触的目标测温场合。
在湿度测量方面，日常生活中和工业现场通常采用相对湿度（RH%）来表示空气中的水分含量，即空气中实际水蒸气压与同温度下饱和水蒸气压的百分比。湿度还可通过绝对湿度、露点温度、湿气与干气的质量或体积比等方式表达。
常见的湿度测量方法主要包括：动态法（如双压法、双温法、混合法）、静态法（如饱和盐法、硫酸法）、露点法、干湿球法以及电子式传感器法。
其中，双压法和双温法基于理想气体状态方程P-V-T的热力学平衡原理，但达到平衡所需时间较长；混合法则通过精确控制干燥气体与水汽的混合比例来获得标准湿度环境。借助现代精密测量与控制技术，这些装置虽能达到极高的测量精度（优于±2% RH），但由于结构复杂、成本高昂且操作繁琐，主要用于实验室级别的标准校准场景。
在系统设计中，温度监测功能通过DS18B20型号的传感器实现。该传感器具备独特的64位序列码，使得多个DS18B20设备能够共用一条单总线进行通信。这一特性极大地简化了由单一微处理器管理大范围区域内多个温度节点的架构设计，适用于HVAC系统、环境监控、建筑设施、机械设备以及各类过程控制与监视系统中的温度采集场景。
系统主要实现对配电柜内部温度的实时检测，数据不仅可在本地显示，同时上传至上位机进行集中监控。当检测到温度超过设定阈值时，系统会向主机发送报警信号，并自动启动通风装置以降低温度，保障设备运行安全。因此，在整体方案中需合理选型适配的传感元件。
[此处为图片1]图4.1 DS18B20温度传感器原理图
4.1.2 ZigBee无线模块模组设计
ZigBee是一种基于国际标准的无线通信技术，广泛应用于远程监控、自动控制及传感器网络领域。在本系统中，无线模块的作用是将异常信号传输至蜂鸣器，触发即时报警机制，从而确保系统的稳定与安全。
为了满足低数据速率、低功耗、高安全性与可靠性的需求，同时兼顾经济实用性，ZigBee标准被提出并迅速推广。其核心应用市场涵盖消费电子、能源管理与节能系统、医疗健康设备、智能家居、电信服务、楼宇自动化以及工业控制系统等多个领域。
围绕ZigBee芯片开发的外围电路被称为“ZigBee模块”。常见的模块遵循IEEE 802.15.4协议标准，通常工作在2.4GHz频段；此外，在欧洲地区使用868MHz，在北美则采用915MHz频段。
ZigBee作为一项新兴的无线传感网络技术，定位于短距离、低速率通信场景，性能介于无线射频标签与蓝牙技术之间。“ZigBee”一词源于蜜蜂发现花粉后通过Z字形舞蹈传递位置信息的行为，象征着设备间的信息交互方式。该技术专注于低功耗、低成本、低复杂度和低带宽的应用需求，适合构建大规模、自组织的无线传感器网络。
截至目前，ZigBee协议已发布首个正式版本，发布时间为12月。
ZigBee无线模块的电路原理如图所示：
[此处为图片2]图4.2 ZigBee无线模块模组原理图
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