家用智能监测仪“一机多用”

◎湖南省娄底市第三完全小学

王子勤 肖皓轩 易璟浩

指导老师 湖南省娄底市第三完全小学 谢爱华

寓乐湾科技活动中心 赵峰松

研究背景：

我们调查发现，老人尤其是患有风湿病的老人对温度和湿度的变化比较敏感，需要及时了解气温和空气湿度，以便及时添衣，但是他们不习惯使用智能手机，视力又不太好，看不太清温度计上的指数。

开窗通风很重要，但老人常常忘记开窗。更大的安全隐患是煤气泄漏，娄底市就发生过多起煤气泄漏而导致的安全事故。

于是我们决定设计具有煤气浓度监测、空气质量监测、语音播报实时温湿度功能的独居老人家用监测仪。一旦数据出现异常，这种仪器就会通过声光报警提醒老人开窗通风，避免室内空气污染和煤气中毒。

市场调研：

目前市面上的家用温湿度计有两种，一种是能显示温度和湿度的电子温度计，还有一种是数字壁挂式或圆盘式温度计，它们都没有语音播报功能。煤气泄漏报警仪和空气质量检测仪的功能单一，而且价格比较贵。没有能同时监测温湿度、空气质量和煤气泄漏的家用仪器。

材料清单：

Arduino Uno主板、OLED显示屏、语音播放模块、DHT11温湿度传感器、4欧3瓦喇叭、绿色LED指示灯、红色LED指示灯、蜂鸣器、空气质量传感器、红外避障传感器、燃气传感器

研制过程：

我们在老师的指导下连接元器件和电路。

接着，我们又在老师的指导下用Scratch编写程序。

如何将用Scratch编写的程序模块写入Arduino Uno主板，这是个难题。Arduino Uno主板相当于人的大脑，能根据程序设定进行运算及判断。它上面有模拟接口和数字接口，通过这些接口，我们可以连接各种各样的传感器，这些传感器就像人的五官，能够感知光线、色彩、声音、温度、气味等，还能感知很多人类不能直接感知的东西，如煤气、超声波、红外线。同时通过这些接口，Arduino Uno主板能发出指令，如控制LED灯的开关、控制语音的播放、在显示屏上显示文字和图案。

我们求助赵老师，赵老师说需要用C语言。C语言是一种编程语言，适合进行复杂的程序设定和人机“对话”。赵老师根据硬件种类和设计意图帮我们完成了C语言程序的编写。

图1 独居老人家用监测仪

效果测试：

作品组装调试完毕，我们进行效果测试，验证功能。

1.温湿度显示测试

独居老人家用监测仪一通电，显示屏上马上显示当前的室温为18.4 ℃，湿度为75%。而我们购置的数显式温度计显示室温为18.3 ℃。由于没有湿度计，没办法进行湿度对比，我们便用电吹风对着独居老人家用监测仪上的温湿度传感器吹热风，吹了一会儿后，显示屏上显示温度为60 ℃，湿度为20%，说明仪器反应灵敏，温湿度测试成功。

2.语音播报功能验证

用手靠近独居老人家用监测仪上的红外传感器，它马上语音播报温度。我们又对温度在10 ℃～28 ℃、28 ℃～32 ℃、32 ℃以上和空气轻度污染、重度污染这五种环境进行测试，仪器都能准确播报。

3.报警功能测试

我们在独居老人家用监测仪前点燃一根线香，过了几秒钟，LED指示灯亮了，同时蜂鸣器发出声音。

图2 独居老人家用监测仪在工作中

我们又将独居老人家用监测仪放在厨房中，打开燃气灶，使燃气处于未充分燃烧状态，燃气报警灯立马亮了，且蜂鸣器发出声音。同时，我们设置的手机接到了独居老人家用监测仪内置SIM卡的号码拨来的电话，验证成功。

创新点：

独居老人家用监测仪集温湿度、空气质量、煤气浓度检测于一体，能语音播报实时温湿度，当空气质量差和煤气泄漏时发出警报，进行人性化提醒，还可呼叫SIM卡中设定的联系人。

进一步改进的设想：

独居老人家用监测仪显示屏上可显示空气质量指数、燃气浓度等参数。当家里空气质量差时，能自动与家里的电器“通信”，“指挥”窗户开关、排气扇开关等。

老师推荐：

孩子们通过观察发现问题，并在老师的指导下解决问题。项目研究过程体现了孩子的自主探究和关爱老人的美德，研究过程完整，产品具有一定的实用价值。