牛 堅，李宥謀

（西安郵電大學 計算機學院，陜西 西安 710121）

0 引 言

根據資料顯示[1]，目前大多數嬰兒床都是在嬰兒床上配置攝像頭，父母或監(jiān)護人通過手機遠程查看嬰兒狀態(tài)，這種嬰兒床功能單一，嬰兒哭鬧時并不能了解是何種原因哭鬧。相比之下智能調控嬰兒床的設計與實現[2]可以檢測尿床報警，自動搖床，但是功能不強大，不能實現遠程監(jiān)測和控制。目前市場上有各種各樣的智能嬰兒床，但是床體不方便攜帶。

基于以上問題，該文提出一種嬰兒監(jiān)護系統(tǒng)方案可以使用便攜式充電設備進行供電，不僅可以放在床上使用，還可以在嬰兒推車上使用，通過連接WiFi 的方式即可進行連網?；赟3C6410 嬰兒看護系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件是由S3C6410 和一些外圍電路組成，軟件是基于手機端APP 和云服務器及S3C6410 下軟件共同構成軟件系統(tǒng)。

1 基于S3C6410 智能嬰兒房的硬件設計

硬件部分由S3C6410 處理器、NAND FLASH、SDRAM、音頻電路、USB 接口、WiFi 模塊、電源模塊、溫濕度及電機模塊組成[3?5]。圖1 為智能嬰兒房硬件設計圖。其中，NAND FLASH 用來存儲uboot.bin、linux 內核和根文件系統(tǒng)，音頻模塊采用WM9714L 芯片進行音頻的編解碼，WiFi 模塊采用WM?R?GM?09 芯片，電機模塊采用L298N 芯片來實現電機對嬰兒床的搖擺。

圖1 智能嬰兒房硬件設計圖

1.1 電源模塊電路設計

由于不同芯片需要的工作電壓不同，需要輸出多種類型的電壓。其中，ARM CORE 需要1.2 V 電壓供電，DDR 需要1.8 V 電壓供電，其余接口采用3.3 V 供電?？捎?XC9216B121MR、XC9216A12CMR 分 別 實 現VDDIN 電 壓 為3.3 V 輸 入，1.2 V、1.8 V 輸 出的電壓。圖2 為1.8 V 輸出的電路圖。

圖2 1.8 V 輸出電路圖

1.2 WiFi模塊電路設計

S3C6410 沒有集成WiFi 芯片接口，因此采用SDIO接口[6?7]方式連接WiFi芯片。圖3 為WiFi電路設計圖。

圖3 WiFi電路設計圖

1.3 音頻模塊電路設計

音頻設計電路采用AC97 接口，外接WM9714[8?11]芯片，該芯片具有編碼解碼功能；外接擴音器和麥克風，能夠進行語音的輸入和輸出。

圖4 為音頻電路設計圖。

圖4 音頻電路設計圖

1.4 USB 接口電路設計

采用USB Host 接口，可外接USB 攝像頭進行圖像的采集，圖5 是USB host 電路設計圖。

圖5 USB host 電路設計圖

1.5 溫濕度檢測電路設計

溫度測量應選用靈敏度高，測量精確的WD3703 貼片式芯片，用于嬰兒體溫的測量，檢測嬰兒是否踢開被子。濕度采用HR202 濕敏電阻，檢測嬰兒有無尿床。圖6 是溫濕度電路設計圖。

圖6 溫濕度電路設計圖

1.6 電機電路設計

電機電路需要5 V 電壓給L298N 供電，另外需要MAX668 芯片將5 V 電壓升至12 V 電壓后給電機供電。此電機設計為可拆卸安裝的，安裝在可以擺動的嬰兒或推車上。圖7 是電機電路設計圖。

2 基于S3C6410 智能嬰兒房的軟件設計

軟件部分由三個模塊組成，分別是手機APP 界面、云平臺上的代碼、硬件部分的監(jiān)測和控制代碼。APP 端采用安卓Qt 開發(fā)[12?13]，百度云采用百度虛擬主機平臺，硬件檢測控制部分采用uboot 移植、文件系統(tǒng)移植和Linux?3.04 內核移植[14?16]構建的開發(fā)平臺。

圖7 電機電路設計圖

2.1 軟件總體設計

手機APP 和檢測控制硬件都連接云平臺虛擬主機上的服務器，圖8 是智能嬰兒房軟件設計框架圖。通過TCP 進行連接，服務器有三個獨立進程，分別對應控制感知信息的傳輸、語音通話的傳輸、視頻的傳輸。感知控制器的3 個進程和APP 啟動后分別對應TCP 連接服務器功能的進程。q1、q2、q3分別代表APP界面線程1的TCP 連接、線程2 的TCP 連接、線程3 的TCP 連接。c1、c2、c3 分別代表感知控制板進程1 的TCP 連接、進程2 的TCP 連接、進程3 的TCP 連接。只有當APP 端的語音通話或視頻按鍵按下并且TCP 連接成功時，感知控制開發(fā)板才開始采集圖片或音頻并進行視頻和語音的傳輸。

圖8 智能嬰兒房軟件設計框架圖

2.2 手機APP 軟件設計

圖9 為采用QT 實現的智能嬰兒房APP 端軟件流程圖，其中，按鍵控制和網絡數據的通知主要通過信號與槽函數進行實現。

圖9 智能嬰兒房APP 端軟件設計框架圖

2.3 感知控制端軟件設計

圖10 是感知控制開發(fā)板端進程流程圖。3 個進程自從控制采集開發(fā)板上電后就自動運行。

圖10 感知控制開發(fā)板端進程流程圖

3 實驗測試

手機APP 打開軟件后，直接連接云平臺，硬件檢測端直接通過WiFi 連接路由器，然后直接連接云平臺。硬件的WiFi 連接通過網頁進行設置WiFi 的用戶名和密碼。經測試，手機界面攝像頭可以接收到視頻；點擊通話按鈕可直接與嬰兒通話；也可以檢測到溫濕度值；APP 控制電機進行轉動，可以控制嬰兒床擺動。點擊播放兒歌，嬰兒即可聽到預先設置好的兒歌或催眠曲。圖11 為實驗結果對比圖，圖a）是嬰兒沒尿床、沒哭鬧、沒踢被子的效果，圖b）是嬰兒尿床并且哭鬧的效果。

圖11 實驗結果對比圖

4 結 語

本文設計的智能嬰兒看護系統(tǒng)以S3C6410 芯片為控制器，結合USB 接口模塊、溫度模塊、濕度模塊、WiFi模塊、音頻模塊和電機模塊等組成的硬件部分，以云平臺、Linux 和安卓下Qt 開發(fā)組成的軟件開發(fā)環(huán)境，最終通過云平臺、WiFi 技術實現了手機APP 或電腦對嬰兒的看護系統(tǒng)設計。其控制性能與傳統(tǒng)市場上大多數智能嬰兒床相比有很大的優(yōu)勢，如價格低廉、方便攜帶，可以用便攜式充電器材進行供電。經實驗測試，所設計監(jiān)護系統(tǒng)效果達到預期目標，具有一定的使用價值。