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(nóng)業(yè)大學(xué) 計算機與信息工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

0 引言

天氣預(yù)報是人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦斜夭豢缮俚男畔?，廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、商業(yè)、能源、交通、運輸、建筑、林業(yè)、水利、國土資源、海洋、鹽業(yè)、環(huán)保、旅游、航空、郵電、保險、消防等行業(yè)[1]。隨著社會的發(fā)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(yù)報節(jié)目到現(xiàn)在通過上網(wǎng)查詢或從App里探知天氣變化。實時的天氣預(yù)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(xí)慣在電視上觀看天氣預(yù)報節(jié)目，有時候會出現(xiàn)錯過時間的情況。年輕人每次想知道天氣情況，須上網(wǎng)搜索天氣信息。故本設(shè)計總結(jié)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(jié)省時間及精力，也不會受時間、地點等因素的限制。

1 研究現(xiàn)狀

隨著科技的日益提高和經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對于生活的便捷要求越來越高，智能家居的出現(xiàn)打破了人們傳統(tǒng)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(nèi)外都在智能家居以及氣象行業(yè)的研究方面有了一定的科研成果。

在國內(nèi)，智能家居的產(chǎn)品層出不窮，各大網(wǎng)站及商業(yè)巨頭都在潛心鉆研智能家居。目前，我國已研發(fā)出智能照明系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、空氣質(zhì)量監(jiān)測的服務(wù)、智能家電控制系統(tǒng)等。在氣象行業(yè)方面，中國已經(jīng)擁有了一套屬于自己的完整氣象觀測系統(tǒng)，并且擁有了全球最大氣象雷達探測網(wǎng)，氣象觀測技術(shù)水平居于世界前列。直至今日，中國已擁有9顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星在太空軌道運行，向世界多個國家和地區(qū)免費提供氣象觀測資料和氣象產(chǎn)品服務(wù)。

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(fā)展起到了推動性的作用。國外氣象行業(yè)的發(fā)展相對較早。1928年，美國研發(fā)了全球首個無線電探空儀，1943年英國研發(fā)了雷達跟蹤探空儀。二十世紀(jì)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(yè)的發(fā)展，為未來世界氣象行業(yè)的研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體框

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，創(chuàng)意天氣播報設(shè)計的結(jié)構(gòu)有：樹莓派zero版、語音識別模塊、DHT11數(shù)字溫度傳感器。開機，系統(tǒng)自定位。天氣播報顯示屏選用液晶屏。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 軟件設(shè)計

基于樹莓派的創(chuàng)意天氣播報，主控為樹莓派zero版，從網(wǎng)站上調(diào)用墨跡天氣的API。在系統(tǒng)軟件主流程方面，樹莓派主控板接通電源后自動連接網(wǎng)絡(luò)并通過網(wǎng)絡(luò)IP地址進行自定位，獲取該城市的當(dāng)天天氣信息并通過溫度傳感器獲取室內(nèi)溫度，將城市、天氣、室內(nèi)溫度等信息通過IIC協(xié)議驅(qū)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(xié)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(guān)天氣信息以及穿搭建議。系統(tǒng)主流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主流程

3 核心功能設(shè)計

3.1 語音識別功能

創(chuàng)意天氣播報設(shè)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(shè)計了一個句子“今天天氣”及句子對應(yīng)的程序調(diào)用語句，如表1所示。設(shè)計團隊不僅在液晶屏上顯示所呈現(xiàn)的內(nèi)容，還添加了兩個具有大幅度提升本設(shè)計的要素，升級了語音播報，還能同時發(fā)送到郵箱，供上班族查看。本設(shè)計也適用于聽力障礙者和盲人。用戶發(fā)出語音命令，設(shè)備檢測后識別語音。如有識別結(jié)果，設(shè)備就會播報當(dāng)前地區(qū)、天氣(陰)、溫度、室內(nèi)溫度以及穿搭提示等內(nèi)容。

表1 語音命令

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

3.2 溫度檢測功能

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

4 系統(tǒng)測試與實現(xiàn)效果

接通電源，樹莓派主控連接WiFi，通過WiFi的IP地址進行網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)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(nèi)溫度，運行結(jié)果如圖3所示。郵箱收到相關(guān)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(xiàn)得都很流暢，顯示屏也可以清晰地顯示出天氣信息和室內(nèi)溫度，都能穩(wěn)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(nèi)容為“當(dāng)前城市為阿勒泰地區(qū)，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(jié)果

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的語音播報成品存在體積龐大、實現(xiàn)功能很少、顯示內(nèi)容過于復(fù)雜、線路暴露等缺點?！皠?chuàng)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(dāng)天天氣，根據(jù)天氣給人們穿搭建議并實時獲取室內(nèi)溫度，提高老年人的生活質(zhì)量和水平。經(jīng)過試驗測試，本文設(shè)計的創(chuàng)意天氣播報小實物適用于不同的環(huán)境，具有很高的現(xiàn)實意義和一定的應(yīng)用價值。