潘旭 嚴(yán)李強(qiáng) 高紅梅 馮郅皓

摘? 要：西藏林芝以西、以北氣候干燥，當(dāng)?shù)鼐用袢菀滓蚩諝飧稍锍霈F(xiàn)流鼻血、咽炎及皮膚干燥等癥狀。目前市面適合西藏本地氣候變化的智能加濕器很少，且西藏部分人對普通話識別仍存在困難。文章提出一種漢藏雙語播報(bào)智能加濕器的設(shè)計(jì)，使用arduino單片機(jī)作為核心，實(shí)現(xiàn)了加濕器的漢藏雙語播報(bào)、水位實(shí)時(shí)監(jiān)測、室內(nèi)溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示、聲光報(bào)警、濕度的智能調(diào)節(jié)和手動調(diào)節(jié)，以及加濕器的智能開關(guān)。同時(shí)更好地結(jié)合了地方文化，為西藏地區(qū)的用戶增加了一種選擇。

關(guān)鍵詞：arduino單片機(jī);漢藏雙語播報(bào);智能控制;紅外線感應(yīng);濕度調(diào)節(jié)

中圖分類號：TP273? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0043-04

Abstract： The climate west and north of Linzhi， Tibet， is dry， and local residents are prone to symptoms such as nosebleeds， pharyngitis and dry skin due to dry air. At present， there are few smart humidifiers on the market for local climate change in Tibet， and some people in Tibet still have difficulties in identifying mandarin. This paper proposes the design of a Chinese-Tibetan bilingual broadcast intelligent humidifier， using the arduino microcontroller as the core， realizing the Chinese-Tibetan bilingual broadcast of humidifiers， real-time monitoring of water level， real-time monitoring of indoor temperature and humidity monitoring display， sound and light alarm， intelligent and manual adjustment of humidity， and intelligent switching of humidifiers. At the same time， a better combination of local culture has added a choice for users in Tibet.

Keywords： arduino microcontroller; Chinese-Tibetan bilingual broadcast; intelligent control; infrared sensing; humidity control

引言

隨著科技的快速發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，人們開始對加濕器產(chǎn)生關(guān)注[1]。在快節(jié)奏的現(xiàn)代生活中，空氣污染嚴(yán)重[2]，室內(nèi)環(huán)境的好壞直接關(guān)系著人們的健康和生命安全[3]。加濕器能對干燥的空氣進(jìn)行濕潤，使人們在一個(gè)更加健康的環(huán)境中生活。現(xiàn)代人對居室空氣環(huán)境的要求不再滿足于濕度調(diào)節(jié)，開始追求濕度、潔凈度等可以改善人體舒適度的體驗(yàn)[4]。這些因素使得加濕器成為了人們生活的必備。目前市面上主要是以單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的加濕器，其特點(diǎn)是具有簡單的加濕及調(diào)控作用，適合地方性氣候特點(diǎn)的智能加濕器基本沒有。因此，讓加濕器更加智能化將在未來有一個(gè)非常好的前景[5]。

西藏地區(qū)紫外線強(qiáng)烈，氣候干燥，人們?nèi)菀滓蚩諝飧稍锍霈F(xiàn)皮膚干燥和流鼻血等癥狀，本地居民也存在著識別漢語難的問題。目前市面上加濕器不具有藏式特點(diǎn)，藏族居民存在著語言及操作問題，且偏遠(yuǎn)地區(qū)藏族居民并不能合理準(zhǔn)確地操作加濕器。而無論是在日常生活還是科學(xué)試驗(yàn)及工業(yè)生產(chǎn)中，不僅要求人們準(zhǔn)確有效地控制濕度，而且要確保加濕的安全性，因此，設(shè)計(jì)一款智能加濕器來有效控制加濕尤為重要。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境濕度偏低時(shí)則開始加濕，達(dá)到設(shè)定的濕度時(shí)就停止加濕，總是把濕度控制在適宜的狀態(tài)下。文章提出一種根據(jù)環(huán)境（季節(jié)）自動調(diào)控濕度范圍的漢藏雙語播報(bào)智能加濕器，在室內(nèi)有無人狀態(tài)下判斷是否進(jìn)行漢藏雙語播報(bào)與功率控制。

1 漢藏雙語播報(bào)智能加濕器整體設(shè)計(jì)

漢藏雙語播報(bào)智能加濕器由arduino單片機(jī)、DHT11溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示屏、紅外線傳感器、聲光報(bào)警器等部分組成。可將加濕器分為信息采集、主控單片機(jī)和功能執(zhí)行三部分，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

信息采集：由DHT11溫濕度傳感器、紅外線傳感器和水位傳感器組成，收集室內(nèi)各種相關(guān)信息。DHT11溫濕度傳感器用于收集室內(nèi)空氣的溫濕度數(shù)據(jù)，并把收集到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī);紅外線傳感器傳感器感應(yīng)判斷室內(nèi)有無人，并把數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī);水位傳感器用于監(jiān)測水位限位。

功能執(zhí)行：功能執(zhí)行由LCD1602液晶顯示屏、漢藏播報(bào)模塊、聲光報(bào)警模塊和加濕模塊組成。LCD1602液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示溫濕度信息和水位信息;漢藏播報(bào)模塊在室內(nèi)有人情況下啟動并漢藏雙語播報(bào)室內(nèi)實(shí)時(shí)溫濕度信息;聲光報(bào)警模塊向用戶發(fā)出報(bào)警功能;加濕模塊用于當(dāng)空氣濕度小于目標(biāo)濕度時(shí)，啟動加濕程序。在加濕工作中，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊會輸出一個(gè)與空氣濕度和目標(biāo)濕度的差值成正比的電壓，這個(gè)電壓可以擴(kuò)展用于功率自動調(diào)節(jié)。當(dāng)加濕器工作于空氣濕度小于目標(biāo)濕度的環(huán)境中時(shí)，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出一個(gè)最大電壓，加快加濕，反之則關(guān)閉加濕程序。

2 硬件設(shè)計(jì)

主控制器采用arduino單片機(jī)設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)全部由它來控制。本加濕器硬件部分主要完成以下功能：

（1）DHT11溫濕度傳感器采集空氣中溫、濕度數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定的濕度判斷是否進(jìn)行加濕以及加濕量的大小等。

（2）紅外線傳感器通過感應(yīng)室內(nèi)有無人的情況采集數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)，如果室內(nèi)有人單片機(jī)則調(diào)動漢藏播報(bào)模塊進(jìn)行漢藏雙語播報(bào)。

（3）水位傳感器通過檢測加濕器內(nèi)部水位的高低，從而通過單片機(jī)控制加濕器聲光報(bào)警器報(bào)警，避免干燒。

（4）通過字符型液晶LCD1602顯示屏把空氣中的溫、濕度，設(shè)定的目標(biāo)濕度，水位情況顯示出來。

（5）數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與arduino單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，將各個(gè)功能模塊搭建在一起。

由于該系統(tǒng)較為復(fù)雜，硬件實(shí)現(xiàn)上采用模塊設(shè)計(jì)，首先調(diào)試和實(shí)現(xiàn)每一模塊的特定功能，完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.1 arduino單片機(jī)

漢藏雙語播報(bào)智能加濕器控制系統(tǒng)以arduino單片機(jī)為核心，智能加濕器的所有命令和數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的處理后將信息輸出到相應(yīng)的模塊。其CPU由控制器和運(yùn)算器組成，主要進(jìn)行運(yùn)算及指令識別。存儲器為8k可擦寫閃存，工作電源為+5v。單片機(jī)的程序由C語言設(shè)計(jì)編寫?？删帉憹穸瓤刂萍皽貪穸蕊@示等程序設(shè)計(jì)。

2.2 液晶顯示

采用字符型液晶LCD1602，LCD1602直接與arduino單片機(jī)通信。可分為兩行顯示32個(gè)字符，采用標(biāo)準(zhǔn)16腳接口，通用性強(qiáng)，使用過程方便。此顯示主要有以下優(yōu)點(diǎn)：顯示參數(shù)穩(wěn)定且不閃爍。且LCD1602字符型液晶顯示器體積小重量輕，便于系統(tǒng)的集成化、小型化。因此，LCD1602可以作為合理的數(shù)據(jù)顯示方式。

在系統(tǒng)的顯示模塊中，STC89C52芯片的P0端的八個(gè)引腳分別與液晶顯示屏的數(shù)據(jù)輸入端口D1～D8相連，P2.7和P2.6口分別接到LCD的寄存器選擇端和使能端，RW為讀寫信號選擇端口，端口電平為高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。在本次設(shè)計(jì)中只進(jìn)行寫操作，所以讀寫信號選擇端口接地。RS是寄存器選擇端口，當(dāng)RS=‘0時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行寫指令操作，RS=‘1時(shí)進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作;E為使能端，當(dāng)E端電平信號出現(xiàn)高脈沖即上升沿時(shí)，液晶屏開始讀取顯示信息，并在信號電平跳變到下降沿的時(shí)候執(zhí)行指令。溫濕度傳感器連接到單片機(jī)的P1.2腳，它采用的數(shù)據(jù)傳輸格式是單總線格式，可以單次輸出高達(dá)40位的數(shù)據(jù)，此次設(shè)計(jì)只顯示溫度和濕度的整數(shù)部分，因此只讀取整個(gè)數(shù)據(jù)的八位濕度整數(shù)部分與八位溫度整數(shù)部分。

2.3 溫濕度數(shù)據(jù)采集

選用數(shù)字溫濕度傳感器DHT11進(jìn)行溫濕度采集，溫濕度傳感器具有一線接口，使用簡單方便，在實(shí)際使用中無需外部元件，直接利用數(shù)據(jù)總線供電，當(dāng)該傳感器采集濕度時(shí)，測量濕度范圍較大。通過一個(gè)DHT11溫濕度傳感器讀取室內(nèi)溫濕度后，使溫濕度顯示在LCD1602液晶屏幕上。因此，使用范圍較廣，用途較大[6]。

Arduino單片機(jī)通過溫濕度傳感器采集空氣中的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將測得的數(shù)據(jù)送入主控模塊，主控模塊將溫度和濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊顯示。并且主控模塊將傳感器采集的實(shí)時(shí)濕度數(shù)據(jù)與用戶設(shè)定的目標(biāo)濕度進(jìn)行對比，以此決定是否需要加濕。

2.4 聲光報(bào)警

聲光報(bào)警模塊由水位傳感器、繼電器和蜂鳴器組成。主要用于實(shí)現(xiàn)防干燒功能，通過水位傳感器獲取水位信息和繼電器模塊控制電源來實(shí)現(xiàn)。設(shè)置低中高水位開關(guān)，在水低于設(shè)定值的情況下，單片機(jī)啟動聲光報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警信號，將水位傳感器收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析和處理從而產(chǎn)生高電平控制繼電器切斷電源關(guān)閉加濕，報(bào)警功能采用蜂鳴器發(fā)出鳴響示意安全警告。同時(shí)顯示屏上顯示缺水信息，提示用戶加水。

2.5 紅外線傳感器

紅外線傳感器主要用于室內(nèi)有無人的檢測。當(dāng)室內(nèi)處于有人狀態(tài)時(shí)，熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化（這種變化可能是變大也可能是變小，因?yàn)闊崦綦娮杩煞譃檎郎囟认禂?shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻），通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。電信號送到主控單片機(jī)模塊，單片機(jī)調(diào)動漢藏播報(bào)模塊和加濕模塊，進(jìn)行室內(nèi)漢藏雙語的實(shí)時(shí)溫濕度播報(bào)與智能化加濕。當(dāng)室內(nèi)處于無人狀態(tài)時(shí)，加濕器自動降低功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.6 數(shù)模轉(zhuǎn)換

數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊選用的是PCF8591模塊，它是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。在PCF8591器件上與單片機(jī)相連的數(shù)據(jù)傳輸端口、控制端口都是以串行的方式進(jìn)行傳輸。當(dāng)arduino單片機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊啟動，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在加濕器進(jìn)行加濕工作時(shí)，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊會輸出一個(gè)與空氣濕度和目標(biāo)濕度的差值成正比的電壓，這個(gè)電壓可以擴(kuò)展用于功率自動調(diào)節(jié)。當(dāng)加濕器工作于空氣濕度小于目標(biāo)濕度的環(huán)境中時(shí)，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出一個(gè)最大電壓，加快加濕，反之則關(guān)閉加濕程序，降低加濕器功率消耗。

3 軟件設(shè)計(jì)

漢藏雙語播報(bào)智能加濕器的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.1 加濕程序

加濕設(shè)計(jì)（如圖4所示）主要實(shí)現(xiàn)以下功能：設(shè)備初始化并載入濕度相關(guān)程序，通過LCD1602液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示溫濕度值。根據(jù)顯示數(shù)據(jù)讀取溫濕度，然后讀出顯示的水位W，并判斷水位W是否大于最小水位Wo：若W<=Wo，則聲光報(bào)警并關(guān)閉加濕程序。然后LCD1602液晶顯示屏顯示溫濕度值，讀出水位W循環(huán)，直到W>Wo成立后，判斷濕度H與最小濕度Ho的大小比較，若H<=Ho，則開啟加濕程序，實(shí)時(shí)顯示溫濕度，循環(huán)直到室內(nèi)相對濕度H>Ho，關(guān)閉加濕程序，然后顯示溫濕度過程循環(huán)，加濕器加濕程序核心代碼如圖5所示。

3.2 漢藏雙語播報(bào)

漢藏播報(bào)采用語音錄入并排列組合方式進(jìn)行播放。錄入漢藏雙語的濕度、溫度等播報(bào)常用數(shù)字詞組，通過程序設(shè)計(jì)輸出播放。同時(shí)該播報(bào)模塊也可以采用規(guī)則消歧。規(guī)則消歧包括語法規(guī)則消歧和語義規(guī)則消歧兩部分，語法規(guī)則消歧義分為個(gè)性規(guī)則和通用規(guī)則兩級：統(tǒng)計(jì)消歧是系統(tǒng)的輔助消歧手段，是根據(jù)不同的詞在不同學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)使用的概率不等，同形異詞在不同學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)所指的意義的概率也不等這一特點(diǎn)。采用“高頻、先見”的原則以提高系統(tǒng)的相對正確性。短語合并的過程是將句子中的詞按一定順序合并構(gòu)成短語。每個(gè)短語的句法功能和語義信息都和它的中心詞相同。系統(tǒng)采用“孤立中心動詞”的短語合并法[1]。句型匹配規(guī)則也分個(gè)性規(guī)則和共性規(guī)則，執(zhí)行順序是先個(gè)性后共性。系統(tǒng)采用邊分析邊轉(zhuǎn)換越生成的策略，最后對譯文統(tǒng)一掃描一遍，生成藏譯文[7]。

4 結(jié)束語

文章通過單片機(jī)技術(shù)對加濕器進(jìn)行智能化控制，使之具有紅外線感應(yīng)自動播報(bào)功能，在自動加濕的情況下又能根據(jù)用戶需要進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，降低成本。水位傳感器可以進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測水位預(yù)防干燒，濕度控制程序采用C語言編寫，自動調(diào)節(jié)濕度系統(tǒng)和漢藏雙語播報(bào)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及溫濕度顯示模塊系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)出一套多功能加濕器智能控制系統(tǒng)，使目前加濕器的智能化控制程度得到進(jìn)一步提高，漢藏雙語播報(bào)智能加濕器操作簡便，方便藏族人民進(jìn)行加濕器的快捷操作，同時(shí)滿足了地區(qū)特色化需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]李東蛟.基于單片機(jī)的空氣智能加濕器的設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（22）：30-31.

[2]王啟明，李欣妍.基于STC89C52的智能加濕器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技視界，2018（21）：166-167.

[3]李偉，楊偉進(jìn)，孫二杰，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化，2015（2）：176-179.

[4]樊亞玲，楊宏亮.多功能加濕器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].理論與方法，2015，34（3）：32-36.

[5]關(guān)學(xué)忠，卞強(qiáng).基于單片機(jī)技術(shù)的智能加濕器設(shè)計(jì)[J].化工自動化及儀表，2018，45（7）：512-516.

[6]胡鴻志.基于新型溫度傳感器的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)[J].電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2011，25（8）：741-743.

[7]德蓋才郎，李延福，項(xiàng)青朝加，等.實(shí)用化漢藏機(jī)器翻譯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A].863計(jì)劃智能計(jì)算機(jī)主題學(xué)術(shù)會議論文集[C].2001.