2024年5月21日发(作者：不语柳)
基于ESP8266的智能通风系统的设计与
实现
摘要：本文主要由温湿度模块、ESP8266型MCU、风机系统模块和基于
HomeKit协议的用户控制界面构成。温湿度模块用于实时监测室内空气温湿度数
据，通过HomeKit协议传输数据至控制中枢进行数据处理和换气控制。ESP8266
型MCU作为控制中枢，通过其搭载的WiFi模块实现了无线数据传输。风机系统
模块通过接收控制中枢传来的指令来控制风机的启动和停止，从而实现了对室内
空气的换气控制。
关键词：ESP8266；HomeKit；换气系统；智能化
1 研究背景
随着物联网技术、云计算技术、人工智能技术的崛起，智能换气系统开始被
重视和应用。它在大数据、信息采集、室内环境监测和控制等方面，实现了高度
集成和智能化。在日常生活中，空气质量直接关系着我们的身体健康和居住环境
的干净卫生。而智能换气系统的应用，从根源上解决了污染问题，可以防止病菌、
病毒、甲醛等有害物质在室内滋生，保证了室内空气的清新和健康。此外，智能
换气系统还可以有效降低能源的使用成本，对于节能减排起到了积极的作用。智
能换气系统的出现和发展，符合当前社会节能、环保、智能化、人性化的发展趋
势。
2 智能换气系统总体设计
2.1 搭载ESP8266 的轴流式风机逻辑控制板通过无线通信的方式，使用
Homekit协议进行数据交换，接收来自控制中枢的指令，控制板载继电器的吸合
或断开，从而控制轴流式风机的运行。
2.2 搭载ESP8266的温湿度检测传感器，通过板载的无线通信模块，使用
Homekit协议与控制中枢进行互通，向控制中枢报告当前一定空间内的温度与湿
度物理属性值，提供给物理中枢检测值，帮助控制中枢进行决策。
2.3 控制中枢接收来自温湿度传感器的信号，根据提前预置在内的既定数
值，智能的决策是否向执行单元发送执行信息，亦可通过人工介入进行超控。控
制中枢同时与传感器以及接入互联网的局域网网相连，当有其他对应设备处于局
域网或者互联网当中时，亦可通过网络对执行设备进行控制。同时也可通过控制
中枢或iPhone内置的Siri进行语音控制。
3 系统软硬件设计
3.1 温湿度传感器软件设计
（1）温度与湿度数据感知。通过测量感应式湿度传感器元件来完成温湿度
的测量。当感应式湿度传感器元件吸收周围空气中的水分时，其电阻值会发生变
化。利用这种变化，可以计算出环境中的湿度值。
（2）数据上报。根据电路图将ESP8266与DHT11传感器进行连接，并编写
程序以读取DHT11的温度和湿度值。在此之前，需要配置ESP8266的网络连接，
以便在程序中使用网络上载温度数据。
3.2 风机智能控制系统软件设计
（1）控制继电器状态。通过编写程序来控制ESP8266的通用IO引脚，通过
IO引脚控制三极管进而间接控制继电器的开合。
（2）状态上报。在代码中添加一个特定的HomeKit 服务和相应的特征来表
达该设备的状态。常见的服务和特征有Switch、Fan、Light等，其中Fan表示
风扇的状态。
3.2 温湿度感应模块设计
将DHT11传感器的VDD引脚接到U1电源IC引出的3.3V 引脚上，GND引脚
接地，在DHT11的DATA引脚与ESP8266的IO2引脚连接。将10K电阻的一端连
接至ESP8266上EN引脚，另一端与DATA引脚连接，起到上拉作用。给ESP8266
开发板供电即可。
3.3 风机控制系统设计
将ESP8266上的IO4引脚与三极管SS8050的基极相连，三极管SS8050发射
极接地，集电连接至整流二极管1N4007的正极，并延伸至继电器的1号引脚，
AC-DC电源模块从220V输入接线端子（JP-AC-IN）的1号与2号引脚上获取
220V交流电并接到1号与2号接线端子上，3号引脚接地，3号引脚输出3.3V直
流电，连接到继电器的5号引脚并延伸至整流二极管1N4007的负极，经过钽电
容的正极链接到ESP8266的VCC引脚，钽电容的另一端接地。轻触开关SW1一端
连接ESP8266上的RST引脚，另一端接地，VCC 3.3V经过10K的电阻连接至
ESP8266的EN引脚并经过104微法的无极性贴片电容接地。ESP8266的TXD0引
脚连接至ESPTX排针，RXD0引脚连接至ESPRX排针，IO0引脚连接至SW2轻触开
关的一侧，另一侧接地，IO15引脚链接到10K下拉电阻的一端，电阻的另一端接
地，GDN引脚接地。
4 各模块功能的实现
4.1 温湿度模块
4.1.1 温湿度模块固件烧录
将温湿度模块通过USB转串口模块与PC相连接，使用TTL烧录方式，通过
烧录工具flash_download_tool将：固件烧录到地址0x0000，
固件烧录到地址0x1000，固件烧录到地址0x2000，
点击START开始烧录，当烧录工具显示FINISH即完成烧录。生出一个名为HAA-
xxxxx的热点，x代表mac后六位地址。连入该热点后，手动访问
192.168.4.1:4567。进入配置界面，在json config后的文本框中输入下列代码。
4.1.2 App中添加温湿度模块
在任意IOS或Mac系统中进入家庭App，（家庭App为IOS系统自带，若无
法找到该App可前往苹果Appstore下载）点击添加设备即可看到HAA-xxxxx的
设备，选择“输入代码添加”选项，设置配对代码。成功添加温湿度传感器后，
App内会展示当前传感器所在一定空间范围内所测得的温湿度数值。将温湿度模
块通过USB转串口模块与PC相连接，使用TTL烧录方式，在Visual Studio
Code 应用程序中点击右下角的“→”进行烧录，终端对话框中显示绿色
“SUCCESS”即完成烧录。
4.2 风机控制板固件烧录
将温湿度模块通过USB转串口模块与PC相连接，使用TTL烧录方式，在
Visual Studio Code 应用程序中点击右下角的“→”进行烧录，终端对话框中
显示绿色“SUCCESS”即完成烧录。烧入固件后，模块会生成一个名为LH
HOMEKIT的热点，连接该热点后在弹出的对话框中配置WI-FI相关设置。在任意
IOS或Mac系统中进入家庭App，点击添加设备即可看到SWITCH开头的设备，选
择“输入代码添加”选项，设置配对代码。
4.3 语音控制
通过使用“嘿，Siri”语音指令唤起智能语音助手Siri，并向其询问室内的
温湿度信息。智能语音助手Siri成功汇报了环境内温度与湿度相关数据。通过
使用“嘿，Siri”语音指令唤起智能语音助手Siri，并对其发出开启或关闭风机
的语音指令，智能语音助手Siri成功开启或关闭了风机模块。
5 总结与展望
本文通过HomeKit协议进行数据传输与控制，实现了风机系统模块的智能控
制，并达到换气的目的。在以后的学习中，可以与其他智能家居设备，如空气净
化器、智能空调等实现无缝衔接。可以与太阳能、风能等结合，实现更加清洁、
环保的换气控制。还可以定制化服务和智能化预约，更好地满足人们对健康舒适
环境的需求。
参考文献
[1]陈振康, 翟学涛, 陆晓杰. PCB 设备通讯协议语义规范设计概述[J].印
制电路信息, 2020, 28(4): 10-14.
[2]陈建武. 平行流吹吸式通风气流特性与控制技术研究[D].北京市:北京科
技大学,2022.
[3]侯富民等.基于人体CO2产生与示踪的高校宿舍夜间通风换气研究[J].建
筑节能(中英文),2022,50(02):81-85.
2024年5月21日发(作者：不语柳)
基于ESP8266的智能通风系统的设计与
实现
摘要：本文主要由温湿度模块、ESP8266型MCU、风机系统模块和基于
HomeKit协议的用户控制界面构成。温湿度模块用于实时监测室内空气温湿度数
据，通过HomeKit协议传输数据至控制中枢进行数据处理和换气控制。ESP8266
型MCU作为控制中枢，通过其搭载的WiFi模块实现了无线数据传输。风机系统
模块通过接收控制中枢传来的指令来控制风机的启动和停止，从而实现了对室内
空气的换气控制。
关键词：ESP8266；HomeKit；换气系统；智能化
1 研究背景
随着物联网技术、云计算技术、人工智能技术的崛起，智能换气系统开始被
重视和应用。它在大数据、信息采集、室内环境监测和控制等方面，实现了高度
集成和智能化。在日常生活中，空气质量直接关系着我们的身体健康和居住环境
的干净卫生。而智能换气系统的应用，从根源上解决了污染问题，可以防止病菌、
病毒、甲醛等有害物质在室内滋生，保证了室内空气的清新和健康。此外，智能
换气系统还可以有效降低能源的使用成本，对于节能减排起到了积极的作用。智
能换气系统的出现和发展，符合当前社会节能、环保、智能化、人性化的发展趋
势。
2 智能换气系统总体设计
2.1 搭载ESP8266 的轴流式风机逻辑控制板通过无线通信的方式，使用
Homekit协议进行数据交换，接收来自控制中枢的指令，控制板载继电器的吸合
或断开，从而控制轴流式风机的运行。
2.2 搭载ESP8266的温湿度检测传感器，通过板载的无线通信模块，使用
Homekit协议与控制中枢进行互通，向控制中枢报告当前一定空间内的温度与湿
度物理属性值，提供给物理中枢检测值，帮助控制中枢进行决策。
2.3 控制中枢接收来自温湿度传感器的信号，根据提前预置在内的既定数
值，智能的决策是否向执行单元发送执行信息，亦可通过人工介入进行超控。控
制中枢同时与传感器以及接入互联网的局域网网相连，当有其他对应设备处于局
域网或者互联网当中时，亦可通过网络对执行设备进行控制。同时也可通过控制
中枢或iPhone内置的Siri进行语音控制。
3 系统软硬件设计
3.1 温湿度传感器软件设计
（1）温度与湿度数据感知。通过测量感应式湿度传感器元件来完成温湿度
的测量。当感应式湿度传感器元件吸收周围空气中的水分时，其电阻值会发生变
化。利用这种变化，可以计算出环境中的湿度值。
（2）数据上报。根据电路图将ESP8266与DHT11传感器进行连接，并编写
程序以读取DHT11的温度和湿度值。在此之前，需要配置ESP8266的网络连接，
以便在程序中使用网络上载温度数据。
3.2 风机智能控制系统软件设计
（1）控制继电器状态。通过编写程序来控制ESP8266的通用IO引脚，通过
IO引脚控制三极管进而间接控制继电器的开合。
（2）状态上报。在代码中添加一个特定的HomeKit 服务和相应的特征来表
达该设备的状态。常见的服务和特征有Switch、Fan、Light等，其中Fan表示
风扇的状态。
3.2 温湿度感应模块设计
将DHT11传感器的VDD引脚接到U1电源IC引出的3.3V 引脚上，GND引脚
接地，在DHT11的DATA引脚与ESP8266的IO2引脚连接。将10K电阻的一端连
接至ESP8266上EN引脚，另一端与DATA引脚连接，起到上拉作用。给ESP8266
开发板供电即可。
3.3 风机控制系统设计
将ESP8266上的IO4引脚与三极管SS8050的基极相连，三极管SS8050发射
极接地，集电连接至整流二极管1N4007的正极，并延伸至继电器的1号引脚，
AC-DC电源模块从220V输入接线端子（JP-AC-IN）的1号与2号引脚上获取
220V交流电并接到1号与2号接线端子上，3号引脚接地，3号引脚输出3.3V直
流电，连接到继电器的5号引脚并延伸至整流二极管1N4007的负极，经过钽电
容的正极链接到ESP8266的VCC引脚，钽电容的另一端接地。轻触开关SW1一端
连接ESP8266上的RST引脚，另一端接地，VCC 3.3V经过10K的电阻连接至
ESP8266的EN引脚并经过104微法的无极性贴片电容接地。ESP8266的TXD0引
脚连接至ESPTX排针，RXD0引脚连接至ESPRX排针，IO0引脚连接至SW2轻触开
关的一侧，另一侧接地，IO15引脚链接到10K下拉电阻的一端，电阻的另一端接
地，GDN引脚接地。
4 各模块功能的实现
4.1 温湿度模块
4.1.1 温湿度模块固件烧录
将温湿度模块通过USB转串口模块与PC相连接，使用TTL烧录方式，通过
烧录工具flash_download_tool将：固件烧录到地址0x0000，
固件烧录到地址0x1000，固件烧录到地址0x2000，
点击START开始烧录，当烧录工具显示FINISH即完成烧录。生出一个名为HAA-
xxxxx的热点，x代表mac后六位地址。连入该热点后，手动访问
192.168.4.1:4567。进入配置界面，在json config后的文本框中输入下列代码。
4.1.2 App中添加温湿度模块
在任意IOS或Mac系统中进入家庭App，（家庭App为IOS系统自带，若无
法找到该App可前往苹果Appstore下载）点击添加设备即可看到HAA-xxxxx的
设备，选择“输入代码添加”选项，设置配对代码。成功添加温湿度传感器后，
App内会展示当前传感器所在一定空间范围内所测得的温湿度数值。将温湿度模
块通过USB转串口模块与PC相连接，使用TTL烧录方式，在Visual Studio
Code 应用程序中点击右下角的“→”进行烧录，终端对话框中显示绿色
“SUCCESS”即完成烧录。
4.2 风机控制板固件烧录
将温湿度模块通过USB转串口模块与PC相连接，使用TTL烧录方式，在
Visual Studio Code 应用程序中点击右下角的“→”进行烧录，终端对话框中
显示绿色“SUCCESS”即完成烧录。烧入固件后，模块会生成一个名为LH
HOMEKIT的热点，连接该热点后在弹出的对话框中配置WI-FI相关设置。在任意
IOS或Mac系统中进入家庭App，点击添加设备即可看到SWITCH开头的设备，选
择“输入代码添加”选项，设置配对代码。
4.3 语音控制
通过使用“嘿，Siri”语音指令唤起智能语音助手Siri，并向其询问室内的
温湿度信息。智能语音助手Siri成功汇报了环境内温度与湿度相关数据。通过
使用“嘿，Siri”语音指令唤起智能语音助手Siri，并对其发出开启或关闭风机
的语音指令，智能语音助手Siri成功开启或关闭了风机模块。
5 总结与展望
本文通过HomeKit协议进行数据传输与控制，实现了风机系统模块的智能控
制，并达到换气的目的。在以后的学习中，可以与其他智能家居设备，如空气净
化器、智能空调等实现无缝衔接。可以与太阳能、风能等结合，实现更加清洁、
环保的换气控制。还可以定制化服务和智能化预约，更好地满足人们对健康舒适
环境的需求。
参考文献
[1]陈振康, 翟学涛, 陆晓杰. PCB 设备通讯协议语义规范设计概述[J].印
制电路信息, 2020, 28(4): 10-14.
[2]陈建武. 平行流吹吸式通风气流特性与控制技术研究[D].北京市:北京科
技大学,2022.
[3]侯富民等.基于人体CO2产生与示踪的高校宿舍夜间通风换气研究[J].建
筑节能(中英文),2022,50(02):81-85.