潘子淇 付若沖 劉啟航 田新志

摘要：分析了目前市面嬰兒床產(chǎn)品的功能與特色，將嵌入式控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于嬰兒床上，設(shè)計(jì)出具有自動(dòng)搖擺、尿床檢測(cè)、溫濕度檢測(cè)、啼哭檢測(cè)、空氣質(zhì)量檢測(cè)、情緒安撫及報(bào)警裝置的多功能智能嬰兒床，為嬰兒提供一個(gè)科學(xué)、健康、舒適的成長(zhǎng)環(huán)境。為照料者提供了智能化的輔助功能。

關(guān)鍵詞：STM32;智能嬰兒床

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）23-0214-02

Abstract： Based on the analysis of the functions and features of the baby bed products on the market， the embedded control technology and the Internet of things technology are applied to the baby bed， and a multi-functional intelligent baby bed with automatic swing， bed wetting detection， temperature and humidity detection， crying detection， air quality detection， emotional comfort and alarm devices is designed to provide a scientific， healthy and comfortable growing environment for the baby 。 It provides intelligent auxiliary functions for caregivers.

Key words： STM32; smart crib

1 引言

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平越來(lái)越高，對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。家長(zhǎng)對(duì)嬰幼兒的投入也越來(lái)越多。在國(guó)家二胎政策的落地，優(yōu)生優(yōu)育的思想指導(dǎo)下，嬰幼兒相關(guān)產(chǎn)品異?；鸨?。嬰兒床作為一項(xiàng)嬰兒出生后必不可少的物件，受到了廣大廠家的青睞，紛紛研制出相關(guān)的新型的嬰兒床，但目前市面上的嬰兒床大多功能單一，無(wú)非就是能夠播放吸引嬰兒注意的音樂(lè)等。對(duì)于這樣的嬰兒床并沒(méi)有做到在嬰兒的照料過(guò)程中減輕照料人的壓力，以及精致照料的功能。功能稍全的卻價(jià)格不是普通工薪階層可以接受的。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一款基于STM32芯片為核心的智能嬰兒床，可以通過(guò)溫度傳感器、濕度傳感器、聲音傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)嬰兒的狀態(tài)，在能保障嬰兒健康成長(zhǎng)的同時(shí)，還可以緩解父母的壓力，讓父母從照顧嬰兒的繁忙中抽出閑暇，卻又不用擔(dān)心嬰兒的狀況。且成本很低。

2總體設(shè)計(jì)

要對(duì)嬰兒進(jìn)行精細(xì)照料，又能讓照料人省時(shí)省力的功能，要求智能嬰兒床要具有基本的濕度檢測(cè)系統(tǒng)、聲音檢測(cè)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)、緩解嬰兒情緒的音樂(lè)播放系統(tǒng)和搖晃控制系統(tǒng)、無(wú)人狀態(tài)下的視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及手機(jī)端控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)采用STM32芯片為主要控制核心對(duì)各模塊進(jìn)行控制。將系統(tǒng)的相關(guān)檢測(cè)模塊安裝在嬰兒床相應(yīng)位置，比如攝像頭安裝在床尾可以清楚地監(jiān)視嬰兒的活動(dòng)狀態(tài)，位于床底的溫濕度傳感器可以對(duì)嬰兒的尿濕、體溫不正常的狀況進(jìn)行檢測(cè);聲音傳感器則是對(duì)啼哭等狀況的發(fā)生進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);空氣質(zhì)量傳感器根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的顯示在電子顯示屏上，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到手機(jī)控制端。當(dāng)嬰兒出現(xiàn)情緒波動(dòng)時(shí)可以立刻啟動(dòng)用于緩解嬰兒情緒的搖晃控制和音樂(lè)播放。當(dāng)有狀況發(fā)生的時(shí)候，此系統(tǒng)可以通過(guò)系統(tǒng)的WiFi模塊將警報(bào)信號(hào)發(fā)送出去，給予父母最及時(shí)的通知。同時(shí)在手機(jī)端的小程序提供給家長(zhǎng)時(shí)刻查看到嬰兒的全部信息，方便且快捷。

3 檢測(cè)模塊

3.1溫濕檢測(cè)模塊

嬰兒尿床是嬰兒照料中很平常的事情，若能及時(shí)發(fā)現(xiàn)嬰兒的尿床行為，可能及時(shí)的更換衣物，給寶寶最貼心的呵護(hù)。對(duì)于嬰兒的溫度與是否尿濕系統(tǒng)采用DHT11傳感器。

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一個(gè)成品模塊，采用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有很好的可靠性和穩(wěn)定性。DHT11包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，其響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。DHT11與STM32芯片直接連接。系統(tǒng)采用快速輪詢方式不停地讀取溫濕度數(shù)據(jù)，并通過(guò)控制系統(tǒng)輸送到顯示屏上。

3.2聲音檢測(cè)模塊

聲音檢測(cè)模塊主要用于檢測(cè)嬰兒的啼哭，讓照料者能即使不在床前也能在第一時(shí)間得知嬰兒的啼哭。

聲音傳感器采用了LM386音頻放大芯片。LM386是一種音頻集成功率放大器，優(yōu)點(diǎn)是自身功耗低、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等。LM386音頻放大芯片有4個(gè)引腳。分別是DOUT（數(shù)據(jù)輸出）、AOUT（模擬輸出）、GND（地線）、VCC（電源線）。

3.3空氣質(zhì)量模塊

寶寶的健康是家長(zhǎng)最關(guān)心的問(wèn)題，新生嬰兒的免疫系統(tǒng)較弱。新房裝修、家具散發(fā)出的有害氣體、空氣中的有害物質(zhì)等都會(huì)對(duì)新生嬰兒造成傷害，對(duì)于空氣檢測(cè)模塊系統(tǒng)使用MQ-135 空氣質(zhì)量傳感器。

MQ-135是一款低成本的模擬氣體傳感器。適用于檢測(cè)NH3、NOx、酒精、苯、煙、CO2等危險(xiǎn)氣體。MQ-135氣體傳感器模塊有4個(gè)引腳：VCC（需要5V），GND，模擬輸出和數(shù)字輸出。系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)某種物質(zhì)超標(biāo)系統(tǒng)立即啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

3.4聲光報(bào)警器

報(bào)警裝置的作用是一旦系統(tǒng)檢測(cè)到不利于嬰兒健康信息時(shí)通知照料人的一種裝置。其框圖如圖4所示。

報(bào)警器采用SMF-27蜂鳴器，當(dāng)嬰兒的體溫或濕度高于預(yù)設(shè)值是報(bào)警，以此來(lái)提醒嬰兒的父母趕緊照顧嬰兒。

3.5舒緩情緒模塊

音樂(lè)播放器：當(dāng)嬰兒出現(xiàn)煩躁焦慮時(shí)，可以啟動(dòng)系統(tǒng)的音樂(lè)播放功能來(lái)舒緩其焦慮情緒。音樂(lè)播放器采用JQ8400模塊，芯片模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以將要播放的音樂(lè)下載到外部存儲(chǔ)器中，通過(guò)讀取音樂(lè)文件進(jìn)行播放，播放器音質(zhì)細(xì)膩，可以對(duì)嬰兒的耳朵起到很好的保護(hù)。

搖晃控制：當(dāng)嬰兒啼哭或體溫尿濕不正常時(shí)，嬰兒床啟動(dòng)自動(dòng)搖擺功能來(lái)安撫嬰兒。擺動(dòng)功能的動(dòng)力源采用 5V 直流電機(jī)。依靠改變直流電機(jī)的供電電壓改變搖籃搖擺的強(qiáng)度，改變電壓的方法采用 PWM（脈沖脈寬調(diào)制）法，PWM 信號(hào)來(lái)源于單片機(jī)。通過(guò)控制搖籃搖擺的時(shí)間來(lái)控制搖籃的擺幅，同時(shí)用電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)控制。[2]可以設(shè)置搖晃的頻率和時(shí)間。

一般情況下采用音樂(lè)播放和搖晃控制配合使用來(lái)舒緩嬰兒情緒。

3.6攝像頭模塊

攝像頭模塊可以說(shuō)是系統(tǒng)的眼睛，通過(guò)攝像頭照料者可以隨時(shí)隨地地查看嬰兒的狀態(tài)，系統(tǒng)。攝像頭模塊采用OV7670 模組。通過(guò)攝像頭模塊來(lái)觀察嬰兒的體位，當(dāng)嬰兒出現(xiàn)危險(xiǎn)的體位的時(shí)候及時(shí)報(bào)警。

4 軟件設(shè)計(jì)

在微信上開發(fā)一款小程序，和主芯片用WIFi模塊相連。首先初始化各個(gè)模塊，將嬰兒的數(shù)據(jù)采集并反饋到手機(jī)屏幕上。隨后將各項(xiàng)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比，如果與預(yù)設(shè)值相符則循環(huán)檢測(cè)，如與預(yù)設(shè)不符就執(zhí)行相應(yīng)的命令，并將嬰兒情況反饋給手機(jī)端的小程序，讓父母及時(shí)了解嬰兒情況。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

該軟件能夠?qū)崟r(shí)顯示嬰兒的身體狀況并可以手動(dòng)執(zhí)行嬰兒床搖擺或者播放音樂(lè)等功能。做到即使不在嬰兒身邊也能安撫嬰兒。

5結(jié)語(yǔ)

智能嬰兒床的開發(fā)涉及電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是一個(gè)綜合性的應(yīng)用研究課題。引入智能家居技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，讓父母或老人不在嬰兒床周圍也可隨時(shí)了解嬰兒情況并進(jìn)行合理調(diào)控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程照看。此次設(shè)計(jì)的嬰兒床為父母提供了科學(xué)、有效的育兒幫助，讓年輕的父母可實(shí)時(shí)了解孩子狀態(tài)，及時(shí)給予照料，使得孩子可以更加健康、快樂(lè)地成長(zhǎng)，減少孩子對(duì)父母的依賴，也使得對(duì)孩子的照看更加方便、省心;而且本設(shè)計(jì)促進(jìn)了智能家居在普通家庭的應(yīng)用，提升了普通百姓的生活質(zhì)量，緩解父母照看嬰兒的壓力，同時(shí)能夠給予嬰兒一個(gè)舒適健康的成長(zhǎng)環(huán)境。該系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王杰華，劉曉彬，洪麗芳，等.多功能智能嬰兒床的設(shè)計(jì)[J].福建電腦，2019，35（5）：133-135.

[2] 李順，葉文通.智能多功能嬰兒搖床設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新通信，2019，21（3）：5.

[3] 劉利新，趙瑩，苗帥楠，等.基于ARM的智能嬰兒床設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2019，17（27）：3-4.

[4] 蔣胤冰，朱智，李漫漫，等.基于STC89C52單片機(jī)的智能嬰兒床設(shè)計(jì)[J].江蘇科技信息，2018，35（33）：53-57.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】