漢藏雙語播報智能加濕器的設計

潘旭 嚴李強 高紅梅 馮郅皓

摘? 要：西藏林芝以西、以北氣候干燥，當地居民容易因空氣干燥出現流鼻血、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智能加濕器的設計，使用arduino單片機作為核心，實現了加濕器的漢藏雙語播報、水位實時監測、室內溫濕度實時監控顯示、聲光報警、濕度的智能調節和手動調節，以及加濕器的智能開關。同時更好地結合了地方文化，為西藏地區的用戶增加了一種選擇。

關鍵詞：arduino單片機;漢藏雙語播報;智能控制;紅外線感應;濕度調節

中圖分類號：TP273? ? ? ? ?文獻標志碼：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

隨著科技的快速發展和生活質量的提高，人們開始對加濕器產生關注[1]。在快節奏的現代生活中，空氣污染嚴重[2]，室內環境的好壞直接關系著人們的健康和生命安全[3]。加濕器能對干燥的空氣進行濕潤，使人們在一個更加健康的環境中生活。現代人對居室空氣環境的要求不再滿足于濕度調節，開始追求濕度、潔凈度等可以改善人體舒適度的體驗[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為基礎設計的加濕器，其特點是具有簡單的加濕及調控作用，適合地方性氣候特點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非常好的前景[5]。

西藏地區紫外線強烈，氣候干燥，人們容易因空氣干燥出現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，藏族居民存在著語言及操作問題，且偏遠地區藏族居民并不能合理準確地操作加濕器。而無論是在日常生活還是科學試驗及工業生產中，不僅要求人們準確有效地控制濕度，而且要確保加濕的安全性，因此，設計一款智能加濕器來有效控制加濕尤為重要。當室內環境濕度偏低時則開始加濕，達到設定的濕度時就停止加濕，總是把濕度控制在適宜的狀態下。文章提出一種根據環境（季節）自動調控濕度范圍的漢藏雙語播報智能加濕器，在室內有無人狀態下判斷是否進行漢藏雙語播報與功率控制。

1 漢藏雙語播報智能加濕器整體設計

漢藏雙語播報智能加濕器由arduino單片機、DHT11溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示屏、紅外線傳感器、聲光報警器等部分組成。可將加濕器分為信息采集、主控單片機和功能執行三部分，總體結構如圖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，收集室內各種相關信息。DHT11溫濕度傳感器用于收集室內空氣的溫濕度數據，并把收集到的數據傳送到單片機;紅外線傳感器傳感器感應判斷室內有無人，并把數據傳送到單片機;水位傳感器用于監測水位限位。

功能執行：功能執行由LCD1602液晶顯示屏、漢藏播報模塊、聲光報警模塊和加濕模塊組成。LCD1602液晶顯示屏實時顯示溫濕度信息和水位信息;漢藏播報模塊在室內有人情況下啟動并漢藏雙語播報室內實時溫濕度信息;聲光報警模塊向用戶發出報警功能;加濕模塊用于當空氣濕度小于目標濕度時，啟動加濕程序。在加濕工作中，數模轉換模塊會輸出一個與空氣濕度和目標濕度的差值成正比的電壓，這個電壓可以擴展用于功率自動調節。當加濕器工作于空氣濕度小于目標濕度的環境中時，數模轉換模塊輸出一個最大電壓，加快加濕，反之則關閉加濕程序。

2 硬件設計

主控制器采用arduino單片機設計，整個系統全部由它來控制。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、濕度數據傳入單片機，單片機根據設定的濕度判斷是否進行加濕以及加濕量的大小等。

（2）紅外線傳感器通過感應室內有無人的情況采集數據傳入單片機，如果室內有人單片機則調動漢藏播報模塊進行漢藏雙語播報。

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

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

（5）數模轉換模塊與arduino單片機進行數據的傳輸，將各個功能模塊搭建在一起。

由于該系統較為復雜，硬件實現上采用模塊設計，首先調試和實現每一模塊的特定功能，完成整個系統的設計。其硬件結構設計如圖2所示。

2.1 arduino單片機

漢藏雙語播報智能加濕器控制系統以arduino單片機為核心，智能加濕器的所有命令和數據輸入到單片機，單片機完成數據的處理后將信息輸出到相應的模塊。其CPU由控制器和運算器組成，主要進行運算及指令識別。存儲器為8k可擦寫閃存，工作電源為+5v。單片機的程序由C語言設計編寫。可編寫濕度控制及溫濕度顯示等程序設計。

2.2 液晶顯示

采用字符型液晶LCD1602，LCD1602直接與arduino單片機通信。可分為兩行顯示32個字符，采用標準16腳接口，通用性強，使用過程方便。此顯示主要有以下優點：顯示參數穩定且不閃爍。且LCD1602字符型液晶顯示器體積小重量輕，便于系統的集成化、小型化。因此，LCD1602可以作為合理的數據顯示方式。

在系統的顯示模塊中，STC89C52芯片的P0端的八個引腳分別與液晶顯示屏的數據輸入端口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進行讀操作，低電平時進行寫操作。在本次設計中只進行寫操作，所以讀寫信號選擇端口接地。RS是寄存器選擇端口，當RS=‘0時系統進行寫指令操作，RS=‘1時進行寫數據操作;E為使能端，當E端電平信號出現高脈沖即上升沿時，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候執行指令。溫濕度傳感器連接到單片機的P1.2腳，它采用的數據傳輸格式是單總線格式，可以單次輸出高達40位的數據，此次設計只顯示溫度和濕度的整數部分，因此只讀取整個數據的八位濕度整數部分與八位溫度整數部分。

2.3 溫濕度數據采集

選用數字溫濕度傳感器DHT11進行溫濕度采集，溫濕度傳感器具有一線接口，使用簡單方便，在實際使用中無需外部元件，直接利用數據總線供電，當該傳感器采集濕度時，測量濕度范圍較大。通過一個DHT11溫濕度傳感器讀取室內溫濕度后，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單片機通過溫濕度傳感器采集空氣中的溫度和濕度數據，并將測得的數據送入主控模塊，主控模塊將溫度和濕度數據傳輸到顯示模塊顯示。并且主控模塊將傳感器采集的實時濕度數據與用戶設定的目標濕度進行對比，以此決定是否需要加濕。

2.4 聲光報警

聲光報警模塊由水位傳感器、繼電器和蜂鳴器組成。主要用于實現防干燒功能，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現。設置低中高水位開關，在水低于設定值的情況下，單片機啟動聲光報警模塊發出報警信號，將水位傳感器收集的數據經過分析和處理從而產生高電平控制繼電器切斷電源關閉加濕，報警功能采用蜂鳴器發出鳴響示意安全警告。同時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有無人的檢測。當室內處于有人狀態時，熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發生變化（這種變化可能是變大也可能是變小，因為熱敏電阻可分為正溫度系數熱敏電阻和負溫度系數熱敏電阻），通過轉換電路變成電信號輸出。電信號送到主控單片機模塊，單片機調動漢藏播報模塊和加濕模塊，進行室內漢藏雙語的實時溫濕度播報與智能化加濕。當室內處于無人狀態時，加濕器自動降低功率，實現節能。

2.6 數模轉換

數模轉換模塊選用的是PCF8591模塊，它是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8-bit CMOS數據獲取器件。在PCF8591器件上與單片機相連的數據傳輸端口、控制端口都是以串行的方式進行傳輸。當arduino單片機發出數據傳輸信號，數模轉換模塊啟動，進行數據傳輸。在加濕器進行加濕工作時，數模轉換模塊會輸出一個與空氣濕度和目標濕度的差值成正比的電壓，這個電壓可以擴展用于功率自動調節。當加濕器工作于空氣濕度小于目標濕度的環境中時，數模轉換模塊輸出一個最大電壓，加快加濕，反之則關閉加濕程序，降低加濕器功率消耗。

3 軟件設計

漢藏雙語播報智能加濕器的軟件結構如圖3所示。

3.1 加濕程序

加濕設計（如圖4所示）主要實現以下功能：設備初始化并載入濕度相關程序，通過LCD1602液晶顯示器實時顯示溫濕度值。根據顯示數據讀取溫濕度，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，則聲光報警并關閉加濕程序。然后LCD1602液晶顯示屏顯示溫濕度值，讀出水位W循環，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，實時顯示溫濕度，循環直到室內相對濕度H>Ho，關閉加濕程序，然后顯示溫濕度過程循環，加濕器加濕程序核心代碼如圖5所示。

3.2 漢藏雙語播報

漢藏播報采用語音錄入并排列組合方式進行播放。錄入漢藏雙語的濕度、溫度等播報常用數字詞組，通過程序設計輸出播放。同時該播報模塊也可以采用規則消歧。規則消歧包括語法規則消歧和語義規則消歧兩部分，語法規則消歧義分為個性規則和通用規則兩級：統計消歧是系統的輔助消歧手段，是根據不同的詞在不同學科領域內使用的概率不等，同形異詞在不同學科領域內所指的意義的概率也不等這一特點。采用“高頻、先見”的原則以提高系統的相對正確性。短語合并的過程是將句子中的詞按一定順序合并構成短語。每個短語的句法功能和語義信息都和它的中心詞相同。系統采用“孤立中心動詞”的短語合并法[1]。句型匹配規則也分個性規則和共性規則，執行順序是先個性后共性。系統采用邊分析邊轉換越生成的策略，最后對譯文統一掃描一遍，生成藏譯文[7]。

4 結束語

文章通過單片機技術對加濕器進行智能化控制，使之具有紅外線感應自動播報功能，在自動加濕的情況下又能根據用戶需要進行自動調節，實現節能，降低成本。水位傳感器可以進行實時檢測水位預防干燒，濕度控制程序采用C語言編寫，自動調節濕度系統和漢藏雙語播報系統的實現以及溫濕度顯示模塊系統的實現，設計出一套多功能加濕器智能控制系統，使目前加濕器的智能化控制程度得到進一步提高，漢藏雙語播報智能加濕器操作簡便，方便藏族人民進行加濕器的快捷操作，同時滿足了地區特色化需要。

參考文獻：

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[3]李偉，楊偉進，孫二杰，等.基于物聯網技術的室內環境智能控制系統設計[J].信息技術與信息化，2015（2）：176-179.

[4]樊亞玲，楊宏亮.多功能加濕器控制系統的設計與實現[J].理論與方法，2015，34（3）：32-36.

[5]關學忠，卞強.基于單片機技術的智能加濕器設計[J].化工自動化及儀表，2018，45（7）：512-516.

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[7]德蓋才郎，李延福，項青朝加，等.實用化漢藏機器翻譯系統的設計與實現[A].863計劃智能計算機主題學術會議論文集[C].2001.