2026 M-Design设计竞赛基于 Arduino UNO R4 WiFi 的小米温湿度传感器云端采集系统

内容介绍

1. 项目介绍

本项目面向智能家居环境监测场景，使用 Arduino UNO R4 WiFi 作为主控与无线网关，通过 BLE 连接小米米家温湿度传感器 MJWSD06MMC，读取室内温度、湿度和传感器电池电压，并通过 WiFi 将数据上传至 OneNET 云平台，实现低成本、低布线复杂度的家庭环境远程监测。

本项目选择“智能家居 / 环境监测”作为设计方向。传统环境监测节点通常需要单独连接温湿度传感器模块，例如 DHT11、SHT30、AHT20 等；而米家温湿度传感器本身已经具备较好的外壳、显示、电池供电和低功耗 BLE 通信能力。因此本设计没有重复搭建温湿度采集硬件，而是将 Arduino UNO R4 WiFi 作为 BLE 到 WiFi 的桥接设备，把已有米家传感器的数据接入开放的物联网平台。

项目最终实现的功能包括：

Arduino UNO R4 WiFi 连接家庭 WiFi 网络；
通过 BLE GATT 主动连接小米 MJWSD06MMC 温湿度传感器；
读取温度、湿度和电池电压数据；
通过 MQTT 接入 OneNET；
周期性上传 temp、humi、voltage 三个物模型属性；
使用 Arduino UNO R4 WiFi 板载 12x8 LED 点阵显示舒适度表情；
串口输出调试信息，便于观察 BLE 和 MQTT 连接状态。

2. 系统设计思路

系统整体由三部分组成：小米温湿度传感器、Arduino UNO R4 WiFi 网关、OneNET 云平台。

数据流如下：

Arduino UNO R4 WiFi 同时承担两个无线通信任务：一侧使用 ArduinoBLE 库作为 BLE Central，连接小米温湿度传感器；另一侧使用 WiFiS3 库连接路由器，并通过 OneNET SDK 将数据发布到云端。

实际抓到的广播包可以识别到设备地址和产品信息，例如设备名 MJWSD06MMC、MAC 地址 A4:C1:38:23:28:FA，但普通广播帧中没有携带明文温湿度 Object Data。因此最终改用 GATT 连接方式读取数据。

通过 BLE 调试工具和程序扫描确认，该传感器的温湿度数据位于以下 characteristic：

Service:
ebe0ccb0-7a0a-4b0c-8a1a-6ff2997da3a6

Characteristic:
ebe0ccc1-7a0a-4b0c-8a1a-6ff2997da3a6

该 characteristic 读取到的数据长度为 5 字节，格式如下：

byte[0..1]  温度，小端 int16，单位 0.01 摄氏度
byte[2]     湿度，uint8，单位 %
byte[3..4]  电池电压，小端 uint16，单位 mV

例如实测原始数据：

F4 0B 46 03 0C

解析后为：

温度 = 0x0BF4 / 100 = 30.60 ℃
湿度 = 0x46 = 70 %
电压 = 0x0C03 = 3075 mV

3. 硬件与软件组成

硬件部分：

Arduino UNO R4 WiFi；
小米米家温湿度传感器 MJWSD06MMC；
WiFi 路由器；
USB 数据线，用于供电、下载程序和串口调试。

软件与平台：

Arduino IDE；
ArduinoBLE 库；
WiFiS3 库；
Arduino_LED_Matrix 库；
OneNET SDK；
OneNET 物联网平台。

OneNET 端配置了三个物模型属性：

temp     温度
humi     湿度
voltage  电池电压

程序中对应上传：

OnenetSDK::send("temp", currentData.temp);
OnenetSDK::send("humi", currentData.humi);
OnenetSDK::send("voltage", currentData.voltage);

4. 程序实现

程序初始化阶段先连接 WiFi，然后初始化 OneNET SDK，最后启动 BLE 功能。BLE 连接成功后，程序查找指定 characteristic，并定时读取传感器数据。

为了让系统具备本地反馈能力，程序还使用 Arduino UNO R4 WiFi 板载 12x8 LED 点阵显示环境舒适度。每次成功读取温湿度后，程序根据当前温度和湿度判断人体舒适度，并刷新点阵表情。

舒适度判断规则如下：

20 ℃ <= 温度 <= 28 ℃ 且 40 % <= 湿度 <= 70 %：舒适
温度 > 28 ℃：偏热
温度 < 20 ℃：偏冷
湿度 < 40 %：偏干
湿度 > 70 %：偏湿
温度和湿度同时超出舒适范围：综合不适

点阵显示逻辑如下：

ComfortState state = getComfortState(currentData.temp, currentData.humi);

switch (state) {
  case COMFORT_GOOD:
    matrix.renderBitmap(faceGood, 8, 12);
    break;
  case COMFORT_HOT:
    matrix.renderBitmap(faceHot, 8, 12);
    break;
  case COMFORT_COLD:
    matrix.renderBitmap(faceCold, 8, 12);
    break;
  case COMFORT_DRY:
    matrix.renderBitmap(faceDry, 8, 12);
    break;
  case COMFORT_HUMID:
    matrix.renderBitmap(faceHumid, 8, 12);
    break;
  default:
    matrix.renderBitmap(faceBad, 8, 12);
    break;
}

关键的 BLE 数据解析代码如下：

int16_t tempRaw = data[0] | (data[1] << 8);
uint8_t humiRaw = data[2];
uint16_t voltageRaw = data[3] | (data[4] << 8);

currentData.temp = tempRaw / 100.0;
currentData.humi = humiRaw;
currentData.voltage = voltageRaw;
currentData.valid = true;

这段代码首先按照小端格式组合温度和电压数据。温度原始值单位为 0.01 ℃，因此需要除以 100；湿度本身是整数百分比；电池电压单位为 mV，可直接上传。

BLE 连接部分使用设备 MAC 地址进行过滤，避免误连接其他 BLE 设备：

const char *XIAOMI_ADDR = "a4:c1:38:23:28:fa";
const char *XIAOMI_DATA_CHAR_UUID =
  "ebe0ccc1-7a0a-4b0c-8a1a-6ff2997da3a6";

当扫描到目标设备后，程序停止扫描并连接设备，随后执行 GATT 属性发现：

if (!dev.discoverAttributes()) {
  Serial.println("Xiaomi discover attributes failed");
  dev.disconnect();
  return;
}

OneNET 上传部分采用定时发送方式，避免过于频繁地进行 MQTT 发布：

if (currentData.valid && now - lastUploadMs >= UPLOAD_INTERVAL_MS) {
  lastUploadMs = now;
  uploadToOnenet();
}

这样可以让 BLE 读取和 MQTT 上传保持相对独立，提高整体稳定性。

5. 实现结果

项目运行后，串口可以看到 WiFi、MQTT、BLE 和传感器数据的完整状态。一次成功运行的输出如下：

Connected to AP
MQTT Connected!
Subscribed: $sys/1V5P4PRH27/cool_car/thing/property/post/reply
Scanning Xiaomi sensor...
Xiaomi sensor found, connecting...
Xiaomi connected
Temp: 30.40 C, Humi: 70 %, Voltage: 3064 mV

说明系统已经完成以下链路：

实测数据稳定，温度、湿度、电池电压都能被正确解析。由于数据来自小米原厂传感器，硬件本身具备电池供电、低功耗和本地显示能力，Arduino 端无需额外布置温湿度传感器，整体结构更加简洁。

天气比较热，显示表情不开心。

云平台成功读取数据

6. 项目总结

本项目完成了一个基于 Arduino UNO R4 WiFi 的智能家居环境监测网关。项目的重点不在于单个温湿度传感器的采集，而在于将已有 BLE 智能设备接入开放云平台，实现不同生态之间的数据打通。

通过本次设计，可以看到 Arduino UNO R4 WiFi 同时具备 WiFi 和 BLE 能力，适合承担轻量级物联网网关角色。BLE 侧可以连接低功耗传感器，WiFi 侧可以接入 OneNET、MQTT 服务器或其他云平台。对于家庭环境监测、冰箱温湿度监测、仓储环境记录、桌面环境看板等应用，都可以在此基础上继续扩展。