語音溫濕度提醒儀

康留元

教學(xué)背景

如今的天氣變幻莫測，如果我們長時間在濕度較高的室內(nèi)工作、生活，容易患濕痹癥，危害人體健康;而當(dāng)我們的生活環(huán)境濕度過低時，則會加快空氣中水分的蒸發(fā)，干燥的空氣容易奪走人體的水分，使皮膚干燥，人就會無精打采，極易誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。研究表明，最有益于人體的健康濕度范圍為45%至60%。如何將室內(nèi)的空氣濕度控制在人體適應(yīng)的范圍之內(nèi)？首先，我們需要知道當(dāng)前的空氣濕度，所以語音濕度提醒儀就顯得尤為重要。本節(jié)課就利用Gravity： 中英文語音合成模塊，設(shè)計制作一個簡易的語音溫濕度提醒儀。

教學(xué)目標(biāo)

知識與技能 了解語音合成的原理;掌握溫濕度傳感器和語音合成模塊的使用方法;熟悉程序中變量的創(chuàng)建、數(shù)值轉(zhuǎn)換字符串的方法。

過程與方法 通過觀察作品，認(rèn)識溫度和濕度的關(guān)系，培養(yǎng)觀察力和想象力。

情感態(tài)度與價值觀 體驗語音溫濕度提醒儀使用過程，養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，樹立正確的科學(xué)觀。

教學(xué)重點與難點

教學(xué)重點 語音模塊播放的內(nèi)容與溫濕度數(shù)值一一對應(yīng)。

教學(xué)難點 解決溫濕度傳感器與語音合成模塊數(shù)據(jù)類型不一致的方法。

教學(xué)準(zhǔn)備

Gravity： 中英文語音合成模塊1個，micro：bit V2 編程入門開發(fā)板1個，micro：bit掌控I/O擴展板1個，Gravity： DHT11溫濕度傳感器1個，高品質(zhì)micro USB數(shù)據(jù)線1個，3.7V充電鋰電池1個。

教學(xué)過程

一、情境導(dǎo)入

師：空氣濕度是指空氣的潮濕程度，即空氣中水汽含量距離飽和的程度。空氣濕度低于45%，即表明室內(nèi)干燥，會導(dǎo)致人體皮膚、咽喉、呼吸道干燥，容易引發(fā)哮喘等呼吸道疾病。如果空氣中的濕度高于60%，人體會感覺悶熱難耐，而空氣濕度高于80%，可能會使人體散熱困難，從而引發(fā)體溫升高、心跳加快、頭暈惡心等癥狀。

教師出示語音溫濕度提醒儀實物，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察語音溫濕度提醒儀的操作演示，聽語音播報溫濕度。

師：有了這款語音溫濕度提醒儀，它可以時刻提醒我們及時給生活環(huán)境中的空氣加濕或除濕，防止疾病的發(fā)生。同學(xué)們再想一想，語音溫濕度提醒儀該怎么制作呢？

學(xué)生思考、交流、討論。

二、知識講授

師：首先我們得知道空氣的濕度值，這就需要用到溫濕度傳感器。溫濕度傳感器裝有濕敏和熱敏元件，所以能用來測量溫度和濕度。它們具有體積小、性能穩(wěn)定等特點，被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。溫濕度傳感器有的帶有現(xiàn)場顯示功能，有的則不帶有現(xiàn)場顯示功能。本課例中我們使用的Gravity： DHT11溫濕度傳感器就不帶有現(xiàn)場顯示功能，所以我們可以先獲取溫濕度數(shù)值，然后再通過智能語音播報出來。

智能語音播報主要用到了語音合成技術(shù)，簡稱TTS（Text To Speech）技術(shù)。它涉及聲學(xué)、語言學(xué)、數(shù)字信號處理技術(shù)、多媒體技術(shù)等多種學(xué)科技術(shù)，是中文信息處理領(lǐng)域的一項前沿技術(shù)。語音合成是通過機械電子的方法產(chǎn)生人造語音的技術(shù)，計算機將自己產(chǎn)生的或外部輸入的文字信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢月牭枚摹⒘骼臐h語口語輸出。本課例采用的Gravity： 中英文語音合成模塊自帶喇叭，采用I2C和UART兩種通信方式，能兼容絕大部分主控。

三、指令學(xué)習(xí)

1.語音合成模塊指令

語音合成模塊指令分為合成語音，使用flash存儲，設(shè)置單詞發(fā)音方式，設(shè)置音量、語速、語調(diào)、發(fā)音人等，如圖1。

2.溫濕度傳感器模塊指令

讀取相應(yīng)引腳的數(shù)據(jù)值，獲取室內(nèi)的溫度和濕度數(shù)值，如圖2。

3.數(shù)值轉(zhuǎn)換字符串指令

溫濕度傳感器的數(shù)值類型與語音合成模塊的字符串類型不匹配，無法播放，要先將溫濕度數(shù)值轉(zhuǎn)換成字符串類型，具體用到的指令如圖3。

四、電路連接

語音合成模塊連接擴展板IIC接口，溫濕度傳感器連接擴展板P2。

五、程序設(shè)計

打開Mind+軟件，連接設(shè)備COM19，點擊左下角擴展添加主控板：micro：bit。如圖4。

點擊左下角擴展添加傳感器：DHT11/22溫濕度傳感器。如圖5。

點擊左下角擴展添加用戶庫：語音合成模塊。

編寫程序使micro：bit設(shè)備開機后顯示笑臉，實現(xiàn)如下功能：當(dāng)按下A鍵時，語音播報溫度數(shù)值;當(dāng)按下B鍵時，語音播報濕度數(shù)值。程序可參考圖6。

六、小組展示

學(xué)生以小組為單位，由小組代表上臺分享語音溫濕度提醒儀作品，其他小組學(xué)生提出建議。學(xué)生組內(nèi)自評、組間互評，再通過電子教室上交個人作業(yè)，教師給予評價和指導(dǎo)。

教學(xué)反思

通過設(shè)計制作語音溫濕度提醒儀，學(xué)生了解了TTS技術(shù)，簡要認(rèn)識了語音合成與溫濕度傳感器的工作原理。本課例不僅綜合運用了開源硬件編程知識，還融合了數(shù)學(xué)學(xué)科知識，既鍛煉了學(xué)生的邏輯思維，又培養(yǎng)了學(xué)生的動手操作能力。尤其是教學(xué)中的小組合作學(xué)習(xí)有利于促進(jìn)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作，激發(fā)學(xué)生探究興趣，取得了預(yù)期的效果。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）