多功能嬰兒車的設(shè)計

狄思雨++陳靖允++李全強(qiáng)

摘要： 本文設(shè)計了一種集環(huán)境檢測、防盜功能以及超速制動于一身的多功能嬰兒車，在保留嬰兒車原有設(shè)計的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對嬰兒外出時的實(shí)時保護(hù)，不僅可以檢測嬰兒周圍的環(huán)境情況，及時做出防護(hù)，同時也可以在發(fā)生危險時第一時間通知監(jiān)護(hù)人并進(jìn)行報警，在一定程度上降低了危險發(fā)生率。

Abstract： The paper has designed a set of environmental monitoring， speeding braking and security functions in one multi-functional pram. On the basis of the design in the original design， it has achieved the real-time protection while going out to infants. The surrounding environment can not only detect babies， in a timely manner to make protection， at the same time can also be in danger immediately informing the guardian and the police. To a certain extent， a new type of multi-functional pram reduced the incidence of dangerous and reduced the parents worry.

關(guān)鍵詞： ATMEGA328P單片機(jī)；控制系統(tǒng)；壓力傳感；超速制動

Key words： ATMEGA328P MCU；control system；pressure sensing；speed brake

中圖分類號：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0106-02

0 引言

隨著生活方式的改變，消費(fèi)者對嬰兒車的要求也呈現(xiàn)出多樣化的傾向，過去比較單一的使用方式已不能滿足現(xiàn)在人們生活方式的多樣性需求，新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計與研究，越來越體現(xiàn)出它的生命價值與市場價值。本文介紹了一款新型的多功能嬰兒車，該嬰兒車設(shè)計了一種基于ATMEGA328P單片機(jī)、配合各集成數(shù)據(jù)傳輸模塊的總控系統(tǒng)，它完善了傳統(tǒng)嬰兒車功能單一、安全系數(shù)低等缺陷，結(jié)合了當(dāng)下最流行的環(huán)境檢測功能、防盜功能以及超速制動功能，實(shí)現(xiàn)了對嬰兒的實(shí)時保護(hù)。

1 多功能嬰兒車的總體設(shè)計

1.1 多功能嬰兒車的簡介

本文設(shè)計的多功能嬰兒車通過建立以arduino為硬件平臺，以ATMEGA328P為工作芯片的控制系統(tǒng)，將環(huán)境監(jiān)測功能、防盜功能以及超速制動功能融于一體。利用溫濕度傳感器和紫外線傳感器檢測當(dāng)前環(huán)境質(zhì)量，利用壓力傳感器檢測嬰兒車中的重量，利用加速度傳感器檢測嬰兒車的運(yùn)動狀態(tài)，并通過IIC總線將上述數(shù)據(jù)傳輸至串口屏處，同時以短信的方式發(fā)送至相應(yīng)的用戶手機(jī)中。

1.2 IIC總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

考慮到該嬰兒車的功能較多，且總體結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，因此，本文出于簡化控制系統(tǒng)的目的將總控任務(wù)分至三個單片機(jī)，每個單片機(jī)下控各項(xiàng)功能，并由其中的一個單片機(jī)控制子系統(tǒng)A，B。同時，通過IIC總線實(shí)現(xiàn)各功能之間的數(shù)據(jù)傳遞，由于IIC總線傳輸?shù)刂返奈ㄒ恍?，保證了數(shù)據(jù)傳輸過程中的穩(wěn)定與準(zhǔn)確。系統(tǒng)總體控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 多功能嬰兒車的環(huán)境檢測功能

2.1 環(huán)境檢測功能簡介

通過溫濕度傳感器與紫外線傳感器的環(huán)境值檢測功能，將空氣中溫濕度與紫外線強(qiáng)度的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測分析，并由IIC總線將其等級程度顯示于串口屏，方便用戶的使用與了解。同時，設(shè)有自動遮陽的機(jī)械結(jié)構(gòu)，當(dāng)檢測到空氣中的紫外線強(qiáng)度過強(qiáng)或陽光過于充足時，該嬰兒車將會自動啟動遮陽功能，從而起到保護(hù)嬰兒的效果。

2.2 器件選擇與介紹

采用CJMCU和 DHT11作為紫外線強(qiáng)度傳感器和溫濕度傳感器，CJMCU具有功耗低、線性好、靈敏度高等特點(diǎn)。 而DHT11應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采用技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定。

2.3 溫濕度傳感器的相關(guān)計算

該溫濕度傳感器的輸出數(shù)字可用式（1）轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度：T=d1+d2×SOT（1）

式中，SOT為傳感器測量值，T為實(shí)際溫度[1]，d1，d2為待定系數(shù)。

此時，我們采用電壓為5V的電源且溫濕度傳感器的分辨率為14位，則

d1=-40，d2=0.01

溫濕度傳感器輸出數(shù)字量相對濕度值可用式（2）修正為實(shí)際濕度相對值：

式中為SORH傳感器相對濕度測量值，RH為實(shí)際濕度相對值，C1，C2，C3為待定系數(shù)。當(dāng)相對濕度分辨率為12位時，C1=-4，C2=0.0405，C3=-2.8×10-6。

根據(jù)傳感器測量的溫度和相對濕度，在-40～50度溫度范圍，可用式（3）計算露點(diǎn)：

式中Td（RH，T）為露點(diǎn)，RH為實(shí)際濕度相對值，T為實(shí)際溫度，當(dāng)溫度在0～50度范圍內(nèi)，Tn=243.12°，m=17.62；當(dāng)溫度在-40°～0°范圍內(nèi)，Tn=272.62°，m=22.46°。

2.4 紫外線傳感器

本文采用的紫外線傳感器是利用光敏元件將紫外線光信號轉(zhuǎn)換為電信號的電子器件，該傳感器相當(dāng)于一個光敏電阻，電阻值會隨著光照強(qiáng)度的變化而變化，而電阻值的變化也使得電壓值發(fā)生變化，此時通過控制單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器對紫外線傳感器輸入的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再根據(jù)電壓值的大小，對比過紫外線強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)，將AD轉(zhuǎn)換通過串口屏32進(jìn)行顯示。

2.5 遮陽棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過紫外線傳感器的UV值檢測，本文將遮陽棚結(jié)構(gòu)設(shè)計成按鍵調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。遮陽棚的位置控制是由電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)電位器的按鍵時，動觸點(diǎn)在電阻體上滑動。此時在電位器的輸出端可獲得與電位器外加電壓和可動臂轉(zhuǎn)角或行程成一定關(guān)系的輸出電壓，用于檢測遮陽棚的位置。

3 多功能嬰兒車的防盜功能

3.1 防盜模塊簡介

HX711壓力傳感器集成了包括穩(wěn)壓電源，片內(nèi)時鐘振蕩等其他同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 防盜功能的實(shí)現(xiàn)

本文采用的是通過檢測壓力的大小來判斷嬰兒是否在車上的方式，將壓力傳感器安置于嬰兒車的座位底部，嬰兒處于嬰兒車中時，壓力傳感器將檢測到此時的壓力值為0，當(dāng)嬰兒不在嬰兒車中時，則會由于數(shù)值不為0而發(fā)出警報。該部分由子控制系統(tǒng)B單獨(dú)進(jìn)行控制，同時，配有短信通知的通訊功能，將嬰兒是否在車上的情況即時發(fā)送給用戶，以保證用戶可以及時了解嬰兒的安全狀態(tài)。

4 多功能嬰兒車的超速制動功能

4.1 超速制動功能簡介

本文設(shè)計的超速制動功能主要應(yīng)用于道路較陡或手離車推手等的危險情況中。當(dāng)嬰兒車的加速度高于原始設(shè)定的最大加速度值時，該嬰兒車將會自動啟動超速制動功能，及時減小嬰兒車的速度，從而使其停止運(yùn)動。

4.2 器件選擇與介紹

本文選用ADXL335作為測量加速度的工具。它可以測量傾斜檢測應(yīng)用中的靜態(tài)重力加速度，以及運(yùn)動、沖擊或振動導(dǎo)致的動態(tài)加速度。通過加速度的變化來判斷嬰兒車的運(yùn)動情況。

4.3 超速制動功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在一些突發(fā)的情況或路況較不平緩的情況下，如何謹(jǐn)慎地做到保護(hù)嬰兒的安全是一個值得考慮的問題。對此，本文提出了超速制動系統(tǒng)。該部分采用兩個兩相四線制步進(jìn)電機(jī)，該部分的步進(jìn)電機(jī)均是以l9110s作為驅(qū)動芯片，該驅(qū)動芯片是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整體可靠性提高。由于兩個電機(jī)的轉(zhuǎn)動同步，因此只需四個端口即可，可減少端口的控制數(shù)目。利用光電測速的方式，準(zhǔn)確測出制動發(fā)生的加速度。

5 軟件設(shè)計

5.1 環(huán)境檢測功能的流程設(shè)計

當(dāng)用戶需要對外界環(huán)境進(jìn)行檢測時，可以選擇將該功能開啟，進(jìn)入是否需要環(huán)境檢測的指令。該項(xiàng)功能開啟后，會對周圍環(huán)境中的溫濕度以及紫外線強(qiáng)度進(jìn)行檢測。當(dāng)紫外線強(qiáng)度高于正常閾值時，嬰兒車會自動開啟遮陽棚進(jìn)行遮光，同時，用戶也可以通過手動調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行操控。

5.2 防盜功能的流程設(shè)計

當(dāng)嬰兒車內(nèi)有嬰兒時，嬰兒的體重作為壓力傳遞給壓力傳感器。當(dāng)傳感器失去該壓力后便會觸發(fā)報警裝置，蜂鳴器發(fā)聲，同時，通過SIM900A短信通訊模塊，將安全情況的信息發(fā)送至用戶手機(jī)。

5.3 超速制動功能的流程設(shè)計

當(dāng)用戶手動啟動超速制動功能后，程序進(jìn)入初始化階段，若開啟自動制動，那么通過IIC總線可以向制動從機(jī)發(fā)送開啟自動制動指令；若關(guān)閉自動制動，則同樣通過IIC總線傳遞關(guān)閉自動制動指令。

6 結(jié)語

本文設(shè)計了一種集環(huán)境檢測、超速制動和防盜功能于一身的多功能嬰兒車，通過控制模塊、傳感器、通訊模塊以及軟件的編程協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)了對嬰兒乘坐嬰兒車外出時的實(shí)時保護(hù)及即時報警功能，該設(shè)計填補(bǔ)了已有產(chǎn)品中的功能空白，并充實(shí)了部分功能的靈敏性與自動性，且設(shè)計趨于模塊化，價格合理，具有一定的前景與實(shí)用價值。

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