家用智能監測儀“一機多用”

◎湖南省婁底市第三完全小學

王子勤 肖皓軒 易璟浩

指導老師 湖南省婁底市第三完全小學 謝愛華

寓樂灣科技活動中心 趙峰松

研究背景：

我們調查發現，老人尤其是患有風濕病的老人對溫度和濕度的變化比較敏感，需要及時了解氣溫和空氣濕度，以便及時添衣，但是他們不習慣使用智能手機，視力又不太好，看不太清溫度計上的指數。

開窗通風很重要，但老人常常忘記開窗。更大的安全隱患是煤氣泄漏，婁底市就發生過多起煤氣泄漏而導致的安全事故。

于是我們決定設計具有煤氣濃度監測、空氣質量監測、語音播報實時溫濕度功能的獨居老人家用監測儀。一旦數據出現異常，這種儀器就會通過聲光報警提醒老人開窗通風，避免室內空氣污染和煤氣中毒。

市場調研：

目前市面上的家用溫濕度計有兩種，一種是能顯示溫度和濕度的電子溫度計，還有一種是數字壁掛式或圓盤式溫度計，它們都沒有語音播報功能。煤氣泄漏報警儀和空氣質量檢測儀的功能單一，而且價格比較貴。沒有能同時監測溫濕度、空氣質量和煤氣泄漏的家用儀器。

材料清單：

Arduino Uno主板、OLED顯示屏、語音播放模塊、DHT11溫濕度傳感器、4歐3瓦喇叭、綠色LED指示燈、紅色LED指示燈、蜂鳴器、空氣質量傳感器、紅外避障傳感器、燃氣傳感器

研制過程：

我們在老師的指導下連接元器件和電路。

接著，我們又在老師的指導下用Scratch編寫程序。

如何將用Scratch編寫的程序模塊寫入Arduino Uno主板，這是個難題。Arduino Uno主板相當于人的大腦，能根據程序設定進行運算及判斷。它上面有模擬接口和數字接口，通過這些接口，我們可以連接各種各樣的傳感器，這些傳感器就像人的五官，能夠感知光線、色彩、聲音、溫度、氣味等，還能感知很多人類不能直接感知的東西，如煤氣、超聲波、紅外線。同時通過這些接口，Arduino Uno主板能發出指令，如控制LED燈的開關、控制語音的播放、在顯示屏上顯示文字和圖案。

我們求助趙老師，趙老師說需要用C語言。C語言是一種編程語言，適合進行復雜的程序設定和人機“對話”。趙老師根據硬件種類和設計意圖幫我們完成了C語言程序的編寫。

圖1 獨居老人家用監測儀

效果測試：

作品組裝調試完畢，我們進行效果測試，驗證功能。

1.溫濕度顯示測試

獨居老人家用監測儀一通電，顯示屏上馬上顯示當前的室溫為18.4 ℃，濕度為75%。而我們購置的數顯式溫度計顯示室溫為18.3 ℃。由于沒有濕度計，沒辦法進行濕度對比，我們便用電吹風對著獨居老人家用監測儀上的溫濕度傳感器吹熱風，吹了一會兒后，顯示屏上顯示溫度為60 ℃，濕度為20%，說明儀器反應靈敏，溫濕度測試成功。

2.語音播報功能驗證

用手靠近獨居老人家用監測儀上的紅外傳感器，它馬上語音播報溫度。我們又對溫度在10 ℃～28 ℃、28 ℃～32 ℃、32 ℃以上和空氣輕度污染、重度污染這五種環境進行測試，儀器都能準確播報。

3.報警功能測試

我們在獨居老人家用監測儀前點燃一根線香，過了幾秒鐘，LED指示燈亮了，同時蜂鳴器發出聲音。

圖2 獨居老人家用監測儀在工作中

我們又將獨居老人家用監測儀放在廚房中，打開燃氣灶，使燃氣處于未充分燃燒狀態，燃氣報警燈立馬亮了，且蜂鳴器發出聲音。同時，我們設置的手機接到了獨居老人家用監測儀內置SIM卡的號碼撥來的電話，驗證成功。

創新點：

獨居老人家用監測儀集溫濕度、空氣質量、煤氣濃度檢測于一體，能語音播報實時溫濕度，當空氣質量差和煤氣泄漏時發出警報，進行人性化提醒，還可呼叫SIM卡中設定的聯系人。

進一步改進的設想：

獨居老人家用監測儀顯示屏上可顯示空氣質量指數、燃氣濃度等參數。當家里空氣質量差時，能自動與家里的電器“通信”，“指揮”窗戶開關、排氣扇開關等。

老師推薦：

孩子們通過觀察發現問題，并在老師的指導下解決問題。項目研究過程體現了孩子的自主探究和關愛老人的美德，研究過程完整，產品具有一定的實用價值。