基于樹莓派的創意天氣播報設計

塔力哈爾·布蘭，孟小艷，迪力阿熱木·吐爾地玉蘇甫，黃雅玲，新娜爾·庫萬太

(新疆農業大學 計算機與信息工程學院，新疆 烏魯木齊 830052)

0 引言

天氣預報是人們日常生活和工作中必不可少的信息，廣泛用于工業、農業、漁業、商業、能源、交通、運輸、建筑、林業、水利、國土資源、海洋、鹽業、環保、旅游、航空、郵電、保險、消防等行業[1]。隨著社會的發展，氣象信息的傳播渠道從電臺播報、報紙、定時收看電視天氣預報節目到現在通過上網查詢或從App里探知天氣變化。實時的天氣預報極大地方便人們的生活和工作。然而，大部分老年人不會使用智能手機，仍習慣在電視上觀看天氣預報節目，有時候會出現錯過時間的情況。年輕人每次想知道天氣情況，須上網搜索天氣信息。故本設計總結了以上的不足，研究出實時播報天氣且便于攜帶的小實物，既節省時間及精力，也不會受時間、地點等因素的限制。

1 研究現狀

隨著科技的日益提高和經濟的快速發展，人們對于生活的便捷要求越來越高，智能家居的出現打破了人們傳統的做事思維，比如從人們使用手機查詢天氣到智能天氣播報、手工炒菜到做飯機器人炒菜、手動煮飯到一鍵智能煮飯等。在智能天氣播報方面，國內外都在智能家居以及氣象行業的研究方面有了一定的科研成果。

在國內，智能家居的產品層出不窮，各大網站及商業巨頭都在潛心鉆研智能家居。目前，我國已研發出智能照明系統、環境監測系統、空氣質量監測的服務、智能家電控制系統等。在氣象行業方面，中國已經擁有了一套屬于自己的完整氣象觀測系統，并且擁有了全球最大氣象雷達探測網，氣象觀測技術水平居于世界前列。直至今日，中國已擁有9顆風云氣象衛星在太空軌道運行，向世界多個國家和地區免費提供氣象觀測資料和氣象產品服務。

在國外，美國是最早研究智能家居的國家，如蘋果公司推出的智能控制家庭場景、亞馬遜推出的智能音箱等，都為世界智能家居的發展起到了推動性的作用。國外氣象行業的發展相對較早。1928年，美國研發了全球首個無線電探空儀，1943年英國研發了雷達跟蹤探空儀。二十世紀四十年代，美、蘇、英、法等國擁有了專用探空火箭，大大地推動了大氣探測事業的發展，為未來世界氣象行業的研究奠定了堅實的基礎。

2 系統總體設計

2.1 系統總體框

系統結構如圖1所示，創意天氣播報設計的結構有：樹莓派zero版、語音識別模塊、DHT11數字溫度傳感器。開機，系統自定位。天氣播報顯示屏選用液晶屏。

圖1 系統結構

2.2 軟件設計

基于樹莓派的創意天氣播報，主控為樹莓派zero版，從網站上調用墨跡天氣的API。在系統軟件主流程方面，樹莓派主控板接通電源后自動連接網絡并通過網絡IP地址進行自定位，獲取該城市的當天天氣信息并通過溫度傳感器獲取室內溫度，將城市、天氣、室內溫度等信息通過IIC協議驅動OLED屏幕顯示出來。軟件再通過LD3302離線語音模塊識別“今天天氣”這句話，然后通過串口通知樹莓派，并通過A2DP協議從藍牙音箱播報出來，在語音播報的同時通過郵箱收到相關天氣信息以及穿搭建議。系統主流程如圖2所示。

圖2 系統主流程

3 核心功能設計

3.1 語音識別功能

創意天氣播報設計中使用語音識別功能，用戶可以使用語音命令。語音控制機器操作取代手控操作。本研究設計了一個句子“今天天氣”及句子對應的程序調用語句，如表1所示。設計團隊不僅在液晶屏上顯示所呈現的內容，還添加了兩個具有大幅度提升本設計的要素，升級了語音播報，還能同時發送到郵箱，供上班族查看。本設計也適用于聽力障礙者和盲人。用戶發出語音命令，設備檢測后識別語音。如有識別結果，設備就會播報當前地區、天氣(陰)、溫度、室內溫度以及穿搭提示等內容。

表1 語音命令

穿搭建議閾值：當溫度為27 ℃以上，“氣候炎熱，穿衣指數：短袖”；當溫度為20～27 ℃，“氣候舒適，穿衣指數：長袖襯衫或T恤”；當溫度為10～20 ℃，“氣候偏冷，穿衣指數：長袖加外套”；當溫度為1～10 ℃，“氣候很冷，穿衣指數：加厚衛衣或毛衣”；當溫度為0 ℃以下，“天氣寒冷，穿衣指數：羽絨服”。

3.2 溫度檢測功能

創意天氣播報設計中的檢測系統錄入了用戶所在的當前地區溫度、室內溫度以及天氣變化的數據，能夠給用戶提供實時狀態，并且還能夠及時查看獲取的各類實時環境數據。此部分采用溫度傳感器模塊。測量室內溫度使用了DHT11數字溫度傳感器。它不僅是含已校準數字信號輸出的傳感器，還是應用于特用的數字模塊采集和溫濕度傳感技術[2-4]，具有長期穩定性與較高的可靠性。尤其在有小孩的家庭中，室內的溫度格外重要，四季溫度忽高忽低，家長需要隨時關注室內溫度。本設計使用了樹莓派和DHT11溫濕度傳感器。溫度檢測系統對不會使用電子設備自行查詢的用戶來講尤其實用。該系統可以幫助用戶準確及時地排除外界干擾，全面地了解當前所在地區每日的天氣預報、室內溫度以及天氣的變化(陰、晴、多云)等。

4 系統測試與實現效果

接通電源，樹莓派主控連接WiFi，通過WiFi的IP地址進行網絡自定位，再通過手動連接藍牙音響，進行測試。在測試的過程中，系統獲取天氣、識別語音、播報語音、通過DHT11溫濕度傳感器實時采集室內溫度，運行結果如圖3所示。郵箱收到相關信息。其中，語音識別模塊稍微有延遲，但能正常使用。總的來說，測試過程中沒有遇到任何問題，功能實現得都很流暢，顯示屏也可以清晰地顯示出天氣信息和室內溫度，都能穩定地運行。郵箱可以正常獲取天氣及穿搭建議等信息并將此信息通過語音播報出來。以圖3為例，語音播報內容為“當前城市為阿勒泰地區，天氣為：霧，溫度0度，今天天氣寒冷，推薦您穿羽絨服”。

圖3 運行結果

5 結語

傳統的語音播報成品存在體積龐大、實現功能很少、顯示內容過于復雜、線路暴露等缺點。“創意天氣播報”成品具有外觀小巧、實用性強、移動便攜、可以安放在不同場景等特點，同時集成很多小功能，考慮到一些特殊人群，所以文字顯示的同時會有語音播報當天天氣，根據天氣給人們穿搭建議并實時獲取室內溫度，提高老年人的生活質量和水平。經過試驗測試，本文設計的創意天氣播報小實物適用于不同的環境，具有很高的現實意義和一定的應用價值。