汉藏双语播报智能加湿器的设计

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　　摘  要：西藏林芝以西、以北气候干燥，当地居民容易因空气干燥出现流鼻血、咽炎及皮肤干燥等症状。目前市面适合西藏本地气候变化的智能加湿器很少，且西藏部分人对普通话识别仍存在困难。文章提出一种汉藏双语播报智能加湿器的设计，使用arduino单片机作为核心，实现了加湿器的汉藏双语播报、水位实时监测、室内温湿度实时监控显示、声光报警、湿度的智能调节和手动调节，以及加湿器的智能开关。同时更好地结合了地方文化，为西藏地区的用户增加了一种选择。
　　关键词：arduino单片机;汉藏双语播报;智能控制;红外线感应;湿度调节
　　中图分类号：TP273         文献标志码：A         文章编号：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
　　隨着科技的快速发展和生活质量的提高，人们开始对加湿器产生关注[1]。在快节奏的现代生活中，空气污染严重[2]，室内环境的好坏直接关系着人们的健康和生命安全[3]。加湿器能对干燥的空气进行湿润，使人们在一个更加健康的环境中生活。现代人对居室空气环境的要求不再满足于湿度调节，开始追求湿度、洁净度等可以改善人体舒适度的体验[4]。这些因素使得加湿器成为了人们生活的必备。目前市面上主要是以单片机为基础设计的加湿器，其特点是具有简单的加湿及调控作用，适合地方性气候特点的智能加湿器基本没有。因此，让加湿器更加智能化将在未来有一个非常好的前景[5]。
　　西藏地区紫外线强烈，气候干燥，人们容易因空气干燥出现皮肤干燥和流鼻血等症状，本地居民也存在着识别汉语难的问题。目前市面上加湿器不具有藏式特点，藏族居民存在着语言及操作问题，且偏远地区藏族居民并不能合理准确地操作加湿器。而无论是在日常生活还是科学试验及工业生产中，不仅要求人们准确有效地控制湿度，而且要确保加湿的安全性，因此，设计一款智能加湿器来有效控制加湿尤为重要。当室内环境湿度偏低时则开始加湿，达到设定的湿度时就停止加湿，总是把湿度控制在适宜的状态下。文章提出一种根据环境（季节）自动调控湿度范围的汉藏双语播报智能加湿器，在室内有无人状态下判断是否进行汉藏双语播报与功率控制。
　　1 汉藏双语播报智能加湿器整体设计
　　 汉藏双语播报智能加湿器由arduino单片机、DHT11温湿度传感器、LCD1602液晶显示屏、红外线传感器、声光报警器等部分组成。可将加湿器分为信息采集、主控单片机和功能执行三部分，总体结构如图1所示。
　　信息采集：由DHT11温湿度传感器、红外线传感器和水位传感器组成，收集室内各种相关信息。DHT11温湿度传感器用于收集室内空气的温湿度数据，并把收集到的数据传送到单片机;红外线传感器传感器感应判断室内有无人，并把数据传送到单片机;水位传感器用于监测水位限位。
　　功能执行：功能执行由LCD1602液晶显示屏、汉藏播报模块、声光报警模块和加湿模块组成。LCD1602液晶显示屏实时显示温湿度信息和水位信息;汉藏播报模块在室内有人情况下启动并汉藏双语播报室内实时温湿度信息;声光报警模块向用户发出报警功能;加湿模块用于当空气湿度小于目标湿度时，启动加湿程序。在加湿工作中，数模转换模块会输出一个与空气湿度和目标湿度的差值成正比的电压，这个电压可以扩展用于功率自动调节。当加湿器工作于空气湿度小于目标湿度的环境中时，数模转换模块输出一个最大电压，加快加湿，反之则关闭加湿程序。 　　2 硬件设计
　　主控制器采用arduino单片机设计，整个系统全部由它来控制。本加湿器硬件部分主要完成以下功能：
　　（1）DHT11温湿度传感器采集空气中温、湿度数据传入单片机，单片机根据设定的湿度判断是否进行加湿以及加湿量的大小等。
　　（2）红外线传感器通过感应室内有无人的情况采集数据传入单片机，如果室内有人单片机则调动汉藏播报模块进行汉藏双语播报。
　　（3）水位传感器通过检测加湿器内部水位的高低，从而通过单片机控制加湿器声光报警器报警，避免干烧。
　　（4）通过字符型液晶LCD1602显示屏把空气中的温、湿度，设定的目标湿度，水位情况显示出来。
　　（5）数模转换模块与arduino单片机进行数据的传输，将各个功能模块搭建在一起。
　　由于该系统较为复杂，硬件实现上采用模块设计，首先调试和实现每一模块的特定功能，完成整个系统的设计。其硬件结构设计如图2所示。
　　2.1 arduino单片机
　　汉藏双语播报智能加濕器控制系统以arduino单片机为核心，智能加湿器的所有命令和数据输入到单片机，单片机完成数据的处理后将信息输出到相应的模块。其CPU由控制器和运算器组成，主要进行运算及指令识别。存储器为8k可擦写闪存，工作电源为+5v。单片机的程序由C语言设计编写。可编写湿度控制及温湿度显示等程序设计。
　　2.2 液晶显示
　　采用字符型液晶LCD1602，LCD1602直接与arduino单片机通信。可分为两行显示32个字符，采用标准16脚接口，通用性强，使用过程方便。此显示主要有以下优点：显示参数稳定且不闪烁。且LCD1602字符型液晶显示器体积小重量轻，便于系统的集成化、小型化。因此，LCD1602可以作为合理的数据显示方式。
　　在系统的显示模块中，STC89C52芯片的P0端的八个引脚分别与液晶显示屏的数据输入端口D1～D8相连，P2.7和P2.6口分别接到LCD的寄存器选择端和使能端，RW为读写信号选择端口，端口电平为高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。在本次设计中只进行写操作，所以读写信号选择端口接地。RS是寄存器选择端口，当RS=‘0’时系统进行写指令操作，RS=‘1’时进行写数据操作;E为使能端，当E端电平信号出现高脉冲即上升沿时，液晶屏开始读取显示信息，并在信号电平跳变到下降沿的时候执行指令。温湿度传感器连接到单片机的P1.2脚，它采用的数据传输格式是单总线格式，可以单次输出高达40位的数据，此次设计只显示温度和湿度的整数部分，因此只读取整个数据的八位湿度整数部分与八位温度整数部分。
　　2.3 温湿度数据采集
　　选用数字温湿度传感器DHT11进行温湿度采集，温湿度传感器具有一线接口，使用简单方便，在实际使用中无需外部元件，直接利用数据总线供电，当该传感器采集湿度时，测量湿度范围较大。通过一个DHT11温湿度传感器读取室内温湿度后，使温湿度显示在LCD1602液晶屏幕上。因此，使用范围较广，用途较大[6]。
　　Arduino单片机通过温湿度传感器采集空气中的温度和湿度数据，并将测得的数据送入主控模块，主控模块将温度和湿度数据传输到显示模块显示。并且主控模块将传感器采集的实时湿度数据与用户设定的目标湿度进行对比，以此决定是否需要加湿。
　　2.4 声光报警
　　 声光报警模块由水位传感器、继电器和蜂鸣器组成。主要用于实现防干烧功能，通过水位传感器获取水位信息和继电器模块控制电源来实现。设置低中高水位开关，在水低于设定值的情况下，单片机启动声光报警模块发出报警信号，将水位传感器收集的数据经过分析和处理从而产生高电平控制继电器切断电源关闭加湿，报警功能采用蜂鸣器发出鸣响示意安全警告。同时显示屏上显示缺水信息，提示用户加水。
　　2.5 红外线传感器
　　红外线传感器主要用于室内有无人的检测。当室内处于有人状态时，热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化（这种变化可能是变大也可能是变小，因为热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻），通过转换电路变成电信号输出。电信号送到主控单片机模块，单片机调动汉藏播报模块和加湿模块，进行室内汉藏双语的实时温湿度播报与智能化加湿。当室内处于无人状态时，加湿器自动降低功率，实现节能。
　　2.6 数模转换
　　数模转换模块选用的是PCF8591模块，它是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。在PCF8591器件上与单片机相连的数据传输端口、控制端口都是以串行的方式进行传输。当arduino单片机发出数据传输信号，数模转换模块启动，进行数据传输。在加湿器进行加湿工作时，数模转换模块会输出一个与空气湿度和目标湿度的差值成正比的电压，这个电压可以扩展用于功率自动调节。当加湿器工作于空气湿度小于目标湿度的环境中时，数模转换模块输出一个最大电压，加快加湿，反之则关闭加湿程序，降低加湿器功率消耗。
　　3 软件设计
　　 汉藏双语播报智能加湿器的软件结构如图3所示。
　　3.1 加湿程序
　　加湿设计（如图4所示）主要实现以下功能：设备初始化并载入湿度相关程序，通过LCD1602液晶显示器实时显示温湿度值。根据显示数据读取温湿度，然后读出显示的水位W，并判断水位W是否大于最小水位Wo：若W<=Wo，则声光报警并关闭加湿程序。然后LCD1602液晶显示屏显示温湿度值，读出水位W循环，直到W>Wo成立后，判断湿度H与最小湿度Ho的大小比较，若H<=Ho，则开启加湿程序，实时显示温湿度，循环直到室内相对湿度H>Ho，关闭加湿程序，然后显示温湿度过程循环，加湿器加湿程序核心代码如图5所示。 　　 3.2 汉藏双语播报
　　汉藏播报采用语音录入并排列组合方式进行播放。录入汉藏双语的湿度、温度等播报常用数字词组，通过程序设计输出播放。同时该播报模块也可以采用规则消歧。规则消歧包括语法规则消歧和语义规则消歧两部分，语法规则消歧义分为个性规则和通用规则两级：统计消歧是系统的辅助消歧手段，是根据不同的词在不同学科领域内使用的概率不等，同形异词在不同学科领域内所指的意义的概率也不等这一特点。采用“高频、先见”的原则以提高系统的相对正确性。短语合并的过程是将句子中的词按一定顺序合并构成短语。每个短语的句法功能和语义信息都和它的中心词相同。系统采用“孤立中心动词”的短语合并法[1]。句型匹配规则也分个性规则和共性规则，执行顺序是先个性后共性。系统采用边分析边转换越生成的策略，最后对译文统一扫描一遍，生成藏译文[7]。
　　4 结束语
　　文章通过单片机技术对加湿器进行智能化控制，使之具有红外线感应自动播报功能，在自动加湿的情况下又能根据用户需要进行自动调节，实现节能，降低成本。水位传感器可以进行实时检测水位预防干烧，湿度控制程序采用C语言编写，自动调节湿度系统和汉藏双语播报系统的实现以及温湿度显示模块系统的实现，设计出一套多功能加湿器智能控制系统，使目前加湿器的智能化控制程度得到进一步提高，汉藏双语播报智能加湿器操作简便，方便藏族人民进行加湿器的快捷操作，同时满足了地區特色化需要。
　　参考文献：
　　[1]李东蛟.基于单片机的空气智能加湿器的设计[J].中国新技术新产品，2016（22）：30-31.
　　[2]王启明，李欣妍.基于STC89C52的智能加湿器设计与实现[J].科技视界，2018（21）：166-167.
　　[3]李伟，杨伟进，孙二杰，等.基于物联网技术的室内环境智能控制系统设计[J].信息技术与信息化，2015（2）：176-179.
　　[4]樊亚玲，杨宏亮.多功能加湿器控制系统的设计与实现[J].理论与方法，2015，34（3）：32-36.
　　[5]关学忠，卞强.基于单片机技术的智能加湿器设计[J].化工自动化及仪表，2018，45（7）：512-516.
　　[6]胡鸿志.基于新型温度传感器的数字温度计设计[J].电子测量与仪器学报，2011，25（8）：741-743.
　　[7]德盖才郎，李延福，项青朝加，等.实用化汉藏机器翻译系统的设计与实现[A].863计划智能计算机主题学术会议论文集[C].2001.
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