硬件编程 · 小型气象站上报网页 · 2026-10-21

需求洞察

目标用户是阳台养花、阳台晾晒、家庭菜园和小型温室的爱好者。他们真正关心的不是“气象数据上云”，而是三件事：当前阳台是否闷热高湿、需不需要立刻通风、历史变化有没有异常。成品气象站往往价格高、数据必须依赖厂商云、风扇联动另购控制器，坏了也难修。自己搭一套本地网页气象站，数据留在局域网内，手机浏览器直接看，风扇能按阈值自动启动，成本低且可二次开发。它值得做，是因为把“感知—判断—执行—查看”压缩到一块 ESP32 上，既解决实际通风问题，又是很好的硬件编程练手项目。

方案设计

感知层由 BME280 通过 I2C 读取温度、湿度、气压，采样周期 2 秒，连续采样 5 次取中位数，减少阳台热辐射造成的抖动。控制层在 ESP32 内实现阈值判断和回差控制：温度高于 30℃或湿度高于 75% 时启动风扇，温度低于 28℃且湿度低于 70% 时停止，避免临界点频繁启停；同时保留网页手动 PWM 覆盖。执行层用 GPIO25 输出 25 kHz PWM，经 MOS 管驱动 5V 小风扇，低占空比起步实现软启动。日志/联网层采用 STA 优先、失败转 AP 的方式：连接家庭路由后提供 http://设备IP/ 页面，页面展示实时值、风扇状态和最近 20 条记录；数据保存在内存环形缓冲中，也可扩展为向局域网 HTTP 服务上报 JSON。GPIO2 心跳灯以 1 秒闪烁表示主循环正常。

物料清单

接线与结构

BME280 使用 3.3V 供电，SDA 接 GPIO21，SCL 接 GPIO22，GND 共地。风扇 PWM 信号从 GPIO25 经 1 kΩ 电阻接 AO3400 栅极，源极接地，漏极接风扇负极，风扇正极接 5V，并在风扇两端反并联 1N5819。LED 心跳灯从 GPIO2 串 330 Ω 电阻到 GND。给定接线可直接使用，无需改脚；唯一调整是风扇不能由 GPIO 直驱，必须加 MOS 管，否则启动电流会拉低 ESP32。结构上把 BME280 放在外壳通风处，远离风扇出风和电源发热区；风扇对准百叶窗或通风孔，ESP32 与电源分仓固定。

核心代码

以下为 Arduino 骨架，按 ESP32 Arduino Core 2.x 编写，需安装 Adafruit BME280 库。

#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_BME280.h>

const char* SSID = "你的WiFi";
const char* PASS = "你的密码";
const int PIN_FAN = 25, PIN_LED = 2;
WebServer server(80);
Adafruit_BME280 bme;
float temp = NAN, hum = NAN, pres = NAN;
int manualDuty = -1;          // -1 表示自动
bool fanOn = false;
unsigned long lastSample = 0, lastBlink = 0;
bool ledState = false;

void readSensors() {
  temp = bme.readTemperature();
  hum = bme.readHumidity();
  pres = bme.readPressure() / 100.0F;
}

void controlFan() {
  int duty;
  if (manualDuty >= 0) {
    duty = manualDuty;
  } else {
    if (!fanOn && (temp > 30 || hum > 75)) fanOn = true;
    if (fanOn && temp < 28 && hum < 70) fanOn = false;
    duty = fanOn ? 180 : 0;   // 8 位 PWM，约 70%
  }
  ledcWrite(0, duty);
}

void handleRoot() {
  String html = "<!doctype html><meta charset='utf-8'><title>阳台气象站</title>";
  html += "<h2>小型气象站</h2><p>温度：" + String(temp,1) + " ℃<br>湿度：" +
          String(hum,1) + " %<br>气压：" + String(pres,1) + " hPa</p>";
  html += "<p>风扇：" + String(fanOn ? "自动运行" : "停止") + "</p>";
  html += "<input type='range' min='0' max='255' value='180' oninput='fetch(\"/fan?duty=\"+this.value)'>";
  html += "<p><a href='/api/data'>JSON 数据</a></p>";
  server.send(200, "text/html; charset=utf-8", html);
}

void handleData() {
  String json = "{\"t\":" + String(temp,1) + ",\"h\":" + String(hum,1) +
                ",\"p\":" + String(pres,1) + ",\"fan\":" + String(fanOn ? 1 : 0) + "}";
  server.send(200, "application/json", json);
}

void handleFan() {
  if (server.hasArg("duty")) manualDuty = constrain(server.arg("duty").toInt(), 0, 255);
  server.send(200, "text/plain", "ok");
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
  Wire.begin(21, 22);
  if (!bme.begin(0x76)) Serial.println("BME280 未找到，检查地址 0x76/0x77");
  ledcSetup(0, 25000, 8);
  ledcAttachPin(PIN_FAN, 0);
  WiFi.begin(SSID, PASS);
  unsigned long t0 = millis();
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && millis() - t0 < 10000) delay(300);
  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
  } else Serial.println(WiFi.localIP());
  server.on("/", handleRoot);
  server.on("/api/data", handleData);
  server.on("/fan", handleFan);
  server.begin();
}

void loop() {
  server.handleClient();
  if (millis() - lastSample > 2000) {
    lastSample = millis();
    readSensors();
    controlFan();
  }
  if (millis() - lastBlink > 1000) {
    lastBlink = millis();
    ledState = !ledState;
  }
}