Mixly開源項目設(shè)計20：溫濕度檢測裝置

吳俊杰

冬季天氣常常非常干燥，有時室內(nèi)的暖氣會加劇這種干燥，這時成年人可能還可以接受，但是對于孩子來說，就有可能會引發(fā)一些呼吸系統(tǒng)的疾病。圖1是一個常用的寒暑表，上面標明了對人體而言舒適的溫度和濕度是多少，溫度的范圍是18～24攝氏度，濕度的范圍是40%～70%。那么，我們當下的室內(nèi)溫濕度狀況又是怎樣呢？讓我們通過一個實驗裝置來測量一下。

● 電路連接

圖2是DH11型溫濕度傳感器，它上面有一些能夠透氣的小孔，用來感知外面的環(huán)境參數(shù)。

我們將溫濕度傳感器接到GVA1A2端口上，紅色LED接到GV23端口上，可以看到紅色LED亮了起來（如圖3），這說明現(xiàn)在的溫濕度情況不達標，需要調(diào)整。同時，可以通過計算機的串口監(jiān)視器查看當下的溫度和濕度情況，T表示溫度，H表示濕度（如圖4）。數(shù)據(jù)說明，當下的環(huán)境確實比較干燥，如果向溫濕度傳感器的接收位置哈氣，提高傳感器周圍的空氣濕度，LED熄滅了，這就說明，此時溫濕度已經(jīng)達到比較適宜的狀態(tài)。

● 情境呈現(xiàn)

我們可以將積木制作成一個表示攝氏度的大寫C的樣子，為了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固，采用雙層立體結(jié)構(gòu)（如圖5）。接著，將溫濕度計和溫濕度報警裝置固定在基礎(chǔ)支架上，這樣就完成了一個簡易的溫濕度報警裝置的設(shè)計（如圖6）。

● 原理揭秘

溫濕度傳感器通過2號端口與主控連接，首先需要建立兩個數(shù)字變量T和H，分別用于存儲當下的溫度和濕度，并且通過串口通訊的方式顯示出來，這樣我們就可以通過計算機每間隔1秒就收到一個當下的溫濕度信息（如下頁圖7）。

這里使用了連接字符串的功能，使得串口打印的結(jié)果更加易讀，溫度和濕度的顯示結(jié)果之間用空格間隔開（如下頁圖8）。

為了實現(xiàn)報警功能，使用“如果…否則…”結(jié)構(gòu)，當溫濕度適宜的時候，LED不亮，當溫濕度有任何一個條件不達標時，LED都會點亮（如圖9）。這里的判定條件是“溫度適宜”，所以并且“濕度適宜”，判定條件相對比較復(fù)雜（如圖10）。這相當于用了3個指令來達到溫度在18～24攝氏度之間、濕度在40%～70%之間這樣的判定條件。

● 成果拓展

我們都知道植物的蒸騰作用可以給室內(nèi)加濕，而且每種植物的生長，也有其最適宜的溫度、濕度、環(huán)境光照、土壤濕度和肥力的綜合條件，我們可以制作一個溫濕度報警器的支架，放在植物的上面，這樣可以提醒我們通過給植物的葉片噴水，以調(diào)整室內(nèi)濕度，改進之后還可以制作一個植物環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（如圖11）。

此外，了解傳感器一般原理后，你可能會對溫濕度傳感器的工作原理產(chǎn)生一些疑問。為什么一個2號引腳既能夠顯示溫度數(shù)值，又能夠顯示濕度數(shù)值呢？我們知道，像光線傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器這樣的裝置它是通過電壓數(shù)值的高低來表現(xiàn)光照和旋轉(zhuǎn)角度的變化的，而且一個引腳只能輸入一種信息。那么，溫濕度傳感器是怎么做到用一個引腳輸入兩種信息的呢？秘密在于它實際上不是一個單一的電子元器件，它自帶了一塊溫濕度芯片，且不停地通過這一個引腳匯報“當前溫度……、當前濕度……”的信息。那么，主控板是怎么“聽懂”溫濕度傳感器的“匯報結(jié)果”的呢？這就需要它們之前就約定好一個匯報格式，而這個匯報格式就相當于一本字典，在編程當中每一個比較復(fù)雜的傳感器的使用都需要引入一本專門的針對這個傳感器的字典，稱其為“庫文件”，有了字典的幫助，我們就不需要了解復(fù)雜的翻譯過程，而直接閱讀結(jié)果了。

事實上，Arduino的強大之處也在于很多人為了其他人更方便地使用各種設(shè)備，編寫了這些庫，這就讓我們可以更加方便地使用這些設(shè)備，暫時忽略那些我們不方便理解的部分，享受造物的樂趣。