基于墨水屏的天塔备集成平台的环境监测

基于墨水屏的天塔备集成平台的环境监测

赵本亮 于志鑫

天津海河传媒中心无线发射部   天津市滨海新区   300450

摘要：本项目通过对墨水屏显示原理和驱动电路的充分研究，利用基于ESP32物联网模块实现了对天塔节目集成平台机柜标牌的智能化升级改造。通过该项目的搭建，实现了对平台温湿度的实时监测，并接受报警消息。系统整体提高了机房对平台的管理水平，同时填补了平台动环监测的空白，提升了日常巡检和故障处置效率。

关键词：墨水屏 温湿度传感器 标签 ESP32物联网模块

项目背景：

天塔备节目集成平台，作为梅江主节目集成平台的备份平台，为梅江主平台提供备路卫星信源及辅路中九卫星信源，为网络公司及IPTV各自分别提供两路完整节目备份信源，同时承担灾备带户任务，时刻以安全播出作为运维目的，保持集成平台各节目的稳定运行。

为提高平台运维管理水平，为加强平台主要设备动环监测的能力，为提升人员实际操作熟练程度，以及应急处置速度，制作了基于墨水屏的天塔节目集成平台环境监测系统。

1.集成平台温湿度监测意义

天塔集成平台作为有线电视的备播系统，其中由很多的信号接收机组成，信号接收机开关电源容易发热，当长时间在高温下工作时，会影响设备元器件的正常使用，造成接收机高温停机，对设备造成损害，影响安全播出。在正常的机房运行工作中保证机房环境温度在10-25度之间，因此对环境温度的动态监测在机房的正常运行中具有重要的意义，可以是值班人员快速发现设备问题，便于及时处理给设备紧急降温，同时也会降低值班人员频繁巡检的工作强度，避免人员漏检，所以建设机房温湿度环境监测是保障机房可以正常运行的一项重要措施。

2.墨水屏显示原理的研究

墨水屏的显示材料是电子墨水，这些电子墨水呈胶囊结构，不同颜色的墨水附着在正、负电荷上，通电后，通过正负电压使带着不同颜色墨水的电荷相互吸引或排斥，改变电荷的排列，显示出文字和图片。

3. 墨水屏驱动电路的研究

主控制单元（MCU）驱动墨水屏进行显示，需通过SPI总线方式通信，3线SPI和4线SPI方式墨水屏均可支持。以4线SPI为例，其4线包括：SCL（串行时钟）、SDA（串行数据）、D/C#（数据/命令切换，3线SPI不支持）、CS#（芯片选择）。主控单元通过读和写墨水屏内部寄存器，达到数据和指令的传递，实现对墨水屏显示的控制。

4.ESP32物联网模块实现墨水屏显示功能

 搭载ESP32的物联网模块

（1）模块具有以下特点：搭载乐鑫的ESP32芯片支持Wifi/蓝牙通信、搭载2.13英寸墨水屏、支持电池供电、支持编程、预留接口、功能扩展性强。如图4显示。

通过ESP32实现墨水屏图像静态和动态显示。静态显示即在指定区域内一次性显示指定图像后，墨水屏进入休眠状态结束显示的过程。图像静态显示流程：初始化、指定区域、显示图像、进入休眠状态。初始化通过ESP32模块SPI初始化、墨水屏寄存器初始化、擦除屏幕参数三个函数完成。指定区域通过定义区域和擦除图像填充色两个函数完成。显示图像通过选择区域、载入图像数据、图像显示三个函数完成。进入休眠状通过进入休眠和释放图像数两个函数完成。 通过Wifi方式上传图像实现墨水屏显示的设计思路，是将ESP32物联网模块，通过编程作为小型服务器，运行HTML5的Web页，通过终端访问，上传图像至ESP32模块，控制墨水屏显示相应图片。程序实现流程如下，ESP32模块与指定路由器建立Wifi连接，开启服务器模式，侦听客户端，有访问请求，服务器则发送网页至客户端

6.温湿度实时监测与报警推送

（1）DHT22温湿度传感器

DHT22也被称为AM2302，是一款温湿度复合传感器,具有标准的单总线接口。它拥有高精度和大的量程的特点。如图5所示。该传感器温度范围-40至80℃（±0.5℃）、湿度0至100%（±2%）、解析度（温度0.1℃、湿度0.1%）、工作电压/电流3-6V/1-1.5mA、采样周期2s。

ESP32模块控制DHT22实现温湿度检测流程如下，程序中定义ESP32的IO33作为DHT22的通信接口，开启DHT22传感器，读取温度和湿度，通过ESP32控制墨水屏局部刷新，在指定区域动态显示温湿度数据，显示效果如图所示。

（2）通过Wifi方式在终端查看温湿度并接收报警消息

其流程如下，建立Wifi连接，ESP32作为小型服务器开启，侦听客户端，客户端发送温湿度请求，服务器采集温湿度，发送温湿度及报警至客户端，并显示在网页上。为达到实时查看温湿度的效果，通过修改网页刷新时间，来定时向服务器发送温湿度采集请求，完成了数据实时查看。当温湿度出现异常情况时，在网页中通过JavaScript的Alert函数发送弹窗报警提示，提醒值班员，温湿度有异常，并缩短网页刷新时间，提高温湿度采集频率，让系统更密切地关注温湿度变化。

7以上项目的搭建已经通过天塔机房技术改革功能试验，分别测试并完成了墨水屏静态动态显示功能，WIFI的图像上传功能，温度的实时监测及报警功能，投入使用之后各项功能已经达到设计预期。

8结语

该项目通过WIFI传输，免去布线，高效快速，在天塔备集成平台上的应用，实现了平台机柜的标签智能化，通过对ESP32编程，使其成为小型服务器，实现了终端PC或手机设备通过Wifi在局域网中登录网页上传图像，使墨水屏可同步显示自定义图像。实现了对天塔节目平台重要核心设备机柜的温湿度检测，在墨水屏的动态实时显示；同时ESP作为小型服务器，通过局域网将实时温湿度、报警消息推送到PC或手机终端。通过对平台温湿度的实时监测和采集，让值班员能够及时了解系统的整体运行情况，提高了机房对平台的管理水平，同时填补了平台动环监测的空白，提升了日常巡检和故障处置效率。