基于树莓派的创意天气播报设计

塔力哈尔·布兰，孟小艳，迪力阿热木·吐尔地玉苏甫，黄雅玲，新娜尔·库万太

(新疆农业大学 计算机与信息工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

0 引言

天气预报是人们日常生活和工作中必不可少的信息，广泛用于工业、农业、渔业、商业、能源、交通、运输、建筑、林业、水利、国土资源、海洋、盐业、环保、旅游、航空、邮电、保险、消防等行业[1]。随着社会的发展，气象信息的传播渠道从电台播报、报纸、定时收看电视天气预报节目到现在通过上网查询或从App里探知天气变化。实时的天气预报极大地方便人们的生活和工作。然而，大部分老年人不会使用智能手机，仍习惯在电视上观看天气预报节目，有时候会出现错过时间的情况。年轻人每次想知道天气情况，须上网搜索天气信息。故本设计总结了以上的不足，研究出实时播报天气且便于携带的小实物，既节省时间及精力，也不会受时间、地点等因素的限制。

1 研究现状

随着科技的日益提高和经济的快速发展，人们对于生活的便捷要求越来越高，智能家居的出现打破了人们传统的做事思维，比如从人们使用手机查询天气到智能天气播报、手工炒菜到做饭机器人炒菜、手动煮饭到一键智能煮饭等。在智能天气播报方面，国内外都在智能家居以及气象行业的研究方面有了一定的科研成果。

在国内，智能家居的产品层出不穷，各大网站及商业巨头都在潜心钻研智能家居。目前，我国已研发出智能照明系统、环境监测系统、空气质量监测的服务、智能家电控制系统等。在气象行业方面，中国已经拥有了一套属于自己的完整气象观测系统，并且拥有了全球最大气象雷达探测网，气象观测技术水平居于世界前列。直至今日，中国已拥有9颗风云气象卫星在太空轨道运行，向世界多个国家和地区免费提供气象观测资料和气象产品服务。

在国外，美国是最早研究智能家居的国家，如苹果公司推出的智能控制家庭场景、亚马逊推出的智能音箱等，都为世界智能家居的发展起到了推动性的作用。国外气象行业的发展相对较早。1928年，美国研发了全球首个无线电探空仪，1943年英国研发了雷达跟踪探空仪。二十世纪四十年代，美、苏、英、法等国拥有了专用探空火箭，大大地推动了大气探测事业的发展，为未来世界气象行业的研究奠定了坚实的基础。

2 系统总体设计

2.1 系统总体框

系统结构如图1所示，创意天气播报设计的结构有：树莓派zero版、语音识别模块、DHT11数字温度传感器。开机，系统自定位。天气播报显示屏选用液晶屏。

图1 系统结构

2.2 软件设计

基于树莓派的创意天气播报，主控为树莓派zero版，从网站上调用墨迹天气的API。在系统软件主流程方面，树莓派主控板接通电源后自动连接网络并通过网络IP地址进行自定位，获取该城市的当天天气信息并通过温度传感器获取室内温度，将城市、天气、室内温度等信息通过IIC协议驱动OLED屏幕显示出来。软件再通过LD3302离线语音模块识别“今天天气”这句话，然后通过串口通知树莓派，并通过A2DP协议从蓝牙音箱播报出来，在语音播报的同时通过邮箱收到相关天气信息以及穿搭建议。系统主流程如图2所示。

图2 系统主流程

3 核心功能设计

3.1 语音识别功能

创意天气播报设计中使用语音识别功能，用户可以使用语音命令。语音控制机器操作取代手控操作。本研究设计了一个句子“今天天气”及句子对应的程序调用语句，如表1所示。设计团队不仅在液晶屏上显示所呈现的内容，还添加了两个具有大幅度提升本设计的要素，升级了语音播报，还能同时发送到邮箱，供上班族查看。本设计也适用于听力障碍者和盲人。用户发出语音命令，设备检测后识别语音。如有识别结果，设备就会播报当前地区、天气(阴)、温度、室内温度以及穿搭提示等内容。

表1 语音命令

穿搭建议阈值：当温度为27 ℃以上，“气候炎热，穿衣指数：短袖”；当温度为20～27 ℃，“气候舒适，穿衣指数：长袖衬衫或T恤”；当温度为10～20 ℃，“气候偏冷，穿衣指数：长袖加外套”；当温度为1～10 ℃，“气候很冷，穿衣指数：加厚卫衣或毛衣”；当温度为0 ℃以下，“天气寒冷，穿衣指数：羽绒服”。

3.2 温度检测功能

创意天气播报设计中的检测系统录入了用户所在的当前地区温度、室内温度以及天气变化的数据，能够给用户提供实时状态，并且还能够及时查看获取的各类实时环境数据。此部分采用温度传感器模块。测量室内温度使用了DHT11数字温度传感器。它不仅是含已校准数字信号输出的传感器，还是应用于特用的数字模块采集和温湿度传感技术[2-4]，具有长期稳定性与较高的可靠性。尤其在有小孩的家庭中，室内的温度格外重要，四季温度忽高忽低，家长需要随时关注室内温度。本设计使用了树莓派和DHT11温湿度传感器。温度检测系统对不会使用电子设备自行查询的用户来讲尤其实用。该系统可以帮助用户准确及时地排除外界干扰，全面地了解当前所在地区每日的天气预报、室内温度以及天气的变化(阴、晴、多云)等。

4 系统测试与实现效果

接通电源，树莓派主控连接WiFi，通过WiFi的IP地址进行网络自定位，再通过手动连接蓝牙音响，进行测试。在测试的过程中，系统获取天气、识别语音、播报语音、通过DHT11温湿度传感器实时采集室内温度，运行结果如图3所示。邮箱收到相关信息。其中，语音识别模块稍微有延迟，但能正常使用。总的来说，测试过程中没有遇到任何问题，功能实现得都很流畅，显示屏也可以清晰地显示出天气信息和室内温度，都能稳定地运行。邮箱可以正常获取天气及穿搭建议等信息并将此信息通过语音播报出来。以图3为例，语音播报内容为“当前城市为阿勒泰地区，天气为：雾，温度0度，今天天气寒冷，推荐您穿羽绒服”。

图3 运行结果

5 结语

传统的语音播报成品存在体积庞大、实现功能很少、显示内容过于复杂、线路暴露等缺点。“创意天气播报”成品具有外观小巧、实用性强、移动便携、可以安放在不同场景等特点，同时集成很多小功能，考虑到一些特殊人群，所以文字显示的同时会有语音播报当天天气，根据天气给人们穿搭建议并实时获取室内温度，提高老年人的生活质量和水平。经过试验测试，本文设计的创意天气播报小实物适用于不同的环境，具有很高的现实意义和一定的应用价值。