語音溫濕度提醒儀

康留元

教學背景

如今的天氣變幻莫測，如果我們長時間在濕度較高的室內工作、生活，容易患濕痹癥，危害人體健康;而當我們的生活環境濕度過低時，則會加快空氣中水分的蒸發，干燥的空氣容易奪走人體的水分，使皮膚干燥，人就會無精打采，極易誘發呼吸系統疾病。研究表明，最有益于人體的健康濕度范圍為45%至60%。如何將室內的空氣濕度控制在人體適應的范圍之內？首先，我們需要知道當前的空氣濕度，所以語音濕度提醒儀就顯得尤為重要。本節課就利用Gravity： 中英文語音合成模塊，設計制作一個簡易的語音溫濕度提醒儀。

教學目標

知識與技能 了解語音合成的原理;掌握溫濕度傳感器和語音合成模塊的使用方法;熟悉程序中變量的創建、數值轉換字符串的方法。

過程與方法 通過觀察作品，認識溫度和濕度的關系，培養觀察力和想象力。

情感態度與價值觀 體驗語音溫濕度提醒儀使用過程，養成發現問題、解決問題的能力，樹立正確的科學觀。

教學重點與難點

教學重點 語音模塊播放的內容與溫濕度數值一一對應。

教學難點 解決溫濕度傳感器與語音合成模塊數據類型不一致的方法。

教學準備

Gravity： 中英文語音合成模塊1個，micro：bit V2 編程入門開發板1個，micro：bit掌控I/O擴展板1個，Gravity： DHT11溫濕度傳感器1個，高品質micro USB數據線1個，3.7V充電鋰電池1個。

教學過程

一、情境導入

師：空氣濕度是指空氣的潮濕程度，即空氣中水汽含量距離飽和的程度。空氣濕度低于45%，即表明室內干燥，會導致人體皮膚、咽喉、呼吸道干燥，容易引發哮喘等呼吸道疾病。如果空氣中的濕度高于60%，人體會感覺悶熱難耐，而空氣濕度高于80%，可能會使人體散熱困難，從而引發體溫升高、心跳加快、頭暈惡心等癥狀。

教師出示語音溫濕度提醒儀實物，引導學生認真觀察語音溫濕度提醒儀的操作演示，聽語音播報溫濕度。

師：有了這款語音溫濕度提醒儀，它可以時刻提醒我們及時給生活環境中的空氣加濕或除濕，防止疾病的發生。同學們再想一想，語音溫濕度提醒儀該怎么制作呢？

學生思考、交流、討論。

二、知識講授

師：首先我們得知道空氣的濕度值，這就需要用到溫濕度傳感器。溫濕度傳感器裝有濕敏和熱敏元件，所以能用來測量溫度和濕度。它們具有體積小、性能穩定等特點，被廣泛應用在生產生活的各個領域。溫濕度傳感器有的帶有現場顯示功能，有的則不帶有現場顯示功能。本課例中我們使用的Gravity： DHT11溫濕度傳感器就不帶有現場顯示功能，所以我們可以先獲取溫濕度數值，然后再通過智能語音播報出來。

智能語音播報主要用到了語音合成技術，簡稱TTS（Text To Speech）技術。它涉及聲學、語言學、數字信號處理技術、多媒體技術等多種學科技術，是中文信息處理領域的一項前沿技術。語音合成是通過機械電子的方法產生人造語音的技術，計算機將自己產生的或外部輸入的文字信息轉變為可以聽得懂的、流利的漢語口語輸出。本課例采用的Gravity： 中英文語音合成模塊自帶喇叭，采用I2C和UART兩種通信方式，能兼容絕大部分主控。

三、指令學習

1.語音合成模塊指令

語音合成模塊指令分為合成語音，使用flash存儲，設置單詞發音方式，設置音量、語速、語調、發音人等，如圖1。

2.溫濕度傳感器模塊指令

讀取相應引腳的數據值，獲取室內的溫度和濕度數值，如圖2。

3.數值轉換字符串指令

溫濕度傳感器的數值類型與語音合成模塊的字符串類型不匹配，無法播放，要先將溫濕度數值轉換成字符串類型，具體用到的指令如圖3。

四、電路連接

語音合成模塊連接擴展板IIC接口，溫濕度傳感器連接擴展板P2。

五、程序設計

打開Mind+軟件，連接設備COM19，點擊左下角擴展添加主控板：micro：bit。如圖4。

點擊左下角擴展添加傳感器：DHT11/22溫濕度傳感器。如圖5。

點擊左下角擴展添加用戶庫：語音合成模塊。

編寫程序使micro：bit設備開機后顯示笑臉，實現如下功能：當按下A鍵時，語音播報溫度數值;當按下B鍵時，語音播報濕度數值。程序可參考圖6。

六、小組展示

學生以小組為單位，由小組代表上臺分享語音溫濕度提醒儀作品，其他小組學生提出建議。學生組內自評、組間互評，再通過電子教室上交個人作業，教師給予評價和指導。

教學反思

通過設計制作語音溫濕度提醒儀，學生了解了TTS技術，簡要認識了語音合成與溫濕度傳感器的工作原理。本課例不僅綜合運用了開源硬件編程知識，還融合了數學學科知識，既鍛煉了學生的邏輯思維，又培養了學生的動手操作能力。尤其是教學中的小組合作學習有利于促進學生團隊協作，激發學生探究興趣，取得了預期的效果。

（本課件由DF創客社區推薦）