家用智能監(jiān)測儀“一機(jī)多用”

◎湖南省婁底市第三完全小學(xué)

王子勤 肖皓軒 易璟浩

指導(dǎo)老師 湖南省婁底市第三完全小學(xué) 謝愛華

寓樂灣科技活動(dòng)中心 趙峰松

研究背景：

我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，老人尤其是患有風(fēng)濕病的老人對(duì)溫度和濕度的變化比較敏感，需要及時(shí)了解氣溫和空氣濕度，以便及時(shí)添衣，但是他們不習(xí)慣使用智能手機(jī)，視力又不太好，看不太清溫度計(jì)上的指數(shù)。

開窗通風(fēng)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(fā)生過多起煤氣泄漏而導(dǎo)致的安全事故。

于是我們決定設(shè)計(jì)具有煤氣濃度監(jiān)測、空氣質(zhì)量監(jiān)測、語音播報(bào)實(shí)時(shí)溫濕度功能的獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀。一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，這種儀器就會(huì)通過聲光報(bào)警提醒老人開窗通風(fēng)，避免室內(nèi)空氣污染和煤氣中毒。

市場調(diào)研：

目前市面上的家用溫濕度計(jì)有兩種，一種是能顯示溫度和濕度的電子溫度計(jì)，還有一種是數(shù)字壁掛式或圓盤式溫度計(jì)，它們都沒有語音播報(bào)功能。煤氣泄漏報(bào)警儀和空氣質(zhì)量檢測儀的功能單一，而且價(jià)格比較貴。沒有能同時(shí)監(jiān)測溫濕度、空氣質(zhì)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(zhì)量傳感器、紅外避障傳感器、燃?xì)鈧鞲衅?/p>

研制過程：

我們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下連接元器件和電路。

接著，我們又在老師的指導(dǎo)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(gè)難題。Arduino Uno主板相當(dāng)于人的大腦，能根據(jù)程序設(shè)定進(jìn)行運(yùn)算及判斷。它上面有模擬接口和數(shù)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(shí)通過這些接口，Arduino Uno主板能發(fā)出指令，如控制LED燈的開關(guān)、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(jìn)行復(fù)雜的程序設(shè)定和人機(jī)“對(duì)話”。趙老師根據(jù)硬件種類和設(shè)計(jì)意圖幫我們完成了C語言程序的編寫。

圖1 獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀

效果測試：

作品組裝調(diào)試完畢，我們進(jìn)行效果測試，驗(yàn)證功能。

1.溫濕度顯示測試

獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀一通電，顯示屏上馬上顯示當(dāng)前的室溫為18.4 ℃，濕度為75%。而我們購置的數(shù)顯式溫度計(jì)顯示室溫為18.3 ℃。由于沒有濕度計(jì)，沒辦法進(jìn)行濕度對(duì)比，我們便用電吹風(fēng)對(duì)著獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀上的溫濕度傳感器吹熱風(fēng)，吹了一會(huì)兒后，顯示屏上顯示溫度為60 ℃，濕度為20%，說明儀器反應(yīng)靈敏，溫濕度測試成功。

2.語音播報(bào)功能驗(yàn)證

用手靠近獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀上的紅外傳感器，它馬上語音播報(bào)溫度。我們又對(duì)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(huán)境進(jìn)行測試，儀器都能準(zhǔn)確播報(bào)。

3.報(bào)警功能測試

我們?cè)讵?dú)居老人家用監(jiān)測儀前點(diǎn)燃一根線香，過了幾秒鐘，LED指示燈亮了，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音。

圖2 獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀在工作中

我們又將獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀放在廚房中，打開燃?xì)庠睿谷細(xì)馓幱谖闯浞秩紵隣顟B(tài)，燃?xì)鈭?bào)警燈立馬亮了，且蜂鳴器發(fā)出聲音。同時(shí)，我們?cè)O(shè)置的手機(jī)接到了獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀內(nèi)置SIM卡的號(hào)碼撥來的電話，驗(yàn)證成功。

創(chuàng)新點(diǎn)：

獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀集溫濕度、空氣質(zhì)量、煤氣濃度檢測于一體，能語音播報(bào)實(shí)時(shí)溫濕度，當(dāng)空氣質(zhì)量差和煤氣泄漏時(shí)發(fā)出警報(bào)，進(jìn)行人性化提醒，還可呼叫SIM卡中設(shè)定的聯(lián)系人。

進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想：

獨(dú)居老人家用監(jiān)測儀顯示屏上可顯示空氣質(zhì)量指數(shù)、燃?xì)鉂舛鹊葏?shù)。當(dāng)家里空氣質(zhì)量差時(shí)，能自動(dòng)與家里的電器“通信”，“指揮”窗戶開關(guān)、排氣扇開關(guān)等。

老師推薦：

孩子們通過觀察發(fā)現(xiàn)問題，并在老師的指導(dǎo)下解決問題。項(xiàng)目研究過程體現(xiàn)了孩子的自主探究和關(guān)愛老人的美德，研究過程完整，產(chǎn)品具有一定的實(shí)用價(jià)值。