智能嬰兒搖搖床的設(shè)計(jì)

張可，王哲

（山西省運(yùn)城市康杰中學(xué)，山西運(yùn)城，044000）

0 引言

中國(guó)是全球的人口大國(guó)，每年約有每年約有2千萬(wàn)嬰兒出生。隨著社會(huì)的快速進(jìn)步，生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)于嬰兒產(chǎn)品的應(yīng)用需求越來(lái)越高[1,2]。作為一種最為常用的嬰兒產(chǎn)品—嬰兒床受到眾多父母親的關(guān)注與重視。同時(shí)，現(xiàn)如今快節(jié)奏的生活方式讓初為人父母的家長(zhǎng)在照顧嬰兒和日常工作的兼顧性問(wèn)題上顯得疲憊不堪[3,4]。目前傳統(tǒng)的嬰兒床采用四足固定或者輪式結(jié)構(gòu)，僅僅能夠滿足嬰兒的基本睡眠要求。在嬰兒尿濕后無(wú)法及時(shí)通知父母，在嬰兒啼哭時(shí)無(wú)法代替父母去哄孩子等問(wèn)題，尤其是在夜間會(huì)給父母帶來(lái)極大的不方便[5]。為此，本文設(shè)計(jì)一種智能嬰兒搖搖床，旨在有效地幫助父母解決上述問(wèn)題。

1 總體設(shè)計(jì)方案

本文所設(shè)計(jì)的智能嬰兒搖搖床整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。當(dāng)嬰兒醒來(lái)時(shí)，首先通過(guò)聲音檢測(cè)傳感器對(duì)父母進(jìn)行提醒，達(dá)到嬰兒睡眠與否狀態(tài)的監(jiān)控；同時(shí)智能床采用電動(dòng)機(jī)連接一個(gè)擺臂帶動(dòng)自動(dòng)緩慢搖擺，且伴隨輕輕的搖籃曲或錄下來(lái)的母親的關(guān)愛(ài)聲，幫助嬰兒再次進(jìn)行再次睡眠。對(duì)于嬰兒的大小便，通過(guò)安裝的溫濕度感應(yīng)器對(duì)嬰兒的床被進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過(guò)GSM模塊向父母或看護(hù)人員發(fā)送短信，用以提醒進(jìn)行處理。而且溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)嬰兒床的被窩溫度，可判斷是否蓋好被子。此外還需具備設(shè)置模塊，根據(jù)每位嬰兒和家長(zhǎng)的實(shí)際需求進(jìn)行功能設(shè)置。

2 系統(tǒng)主要模塊的設(shè)計(jì)

■2.1 基于GSM的短信發(fā)送模塊

GSM短信發(fā)送模塊用以發(fā)送嬰兒的狀態(tài)信息，讓家長(zhǎng)能夠?qū)崟r(shí)獲取嬰兒的睡眠狀態(tài)。本文采用具有高集成度的TC35i芯片作為GSM短消息的發(fā)送模塊。目前該芯片在短消息通知功能上應(yīng)用最為廣泛。當(dāng)孩子尿濕時(shí)會(huì)自動(dòng)給父母發(fā)送一條通知短信，用以提醒家長(zhǎng)及時(shí)更換尿布；當(dāng)孩子醒來(lái)發(fā)出啼哭聲時(shí)，在自動(dòng)給父母發(fā)送一條通知短信的同時(shí)，啟動(dòng)搖床助睡模塊，代替父母對(duì)孩子進(jìn)行搖哄。本文所設(shè)計(jì)GSM模塊電路如圖2所示。

圖2 TC35i模塊連接電路

■2.2 尿濕檢測(cè)模塊

尿濕檢測(cè)主要通過(guò)傳感器來(lái)檢測(cè)嬰兒床內(nèi)被褥的濕度來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文采用具有數(shù)字信號(hào)輸出的一款溫濕度傳感器DHT22來(lái)獲取被褥的濕度信息，同時(shí)它的溫度傳感部分可以通過(guò)溫度檢測(cè)來(lái)反映嬰兒是否將被子蓋好。該傳感器具有靈敏度高、穩(wěn)定好等優(yōu)點(diǎn)。本文所設(shè)計(jì)的尿濕檢測(cè)模塊如圖3所示。

圖3 尿濕檢測(cè)模塊電路

■2.3 嬰兒睡眠狀態(tài)檢測(cè)模塊

嬰兒睡眠與否的檢測(cè)主要是通過(guò)聲音分貝的檢測(cè)來(lái)完成。該模塊具有數(shù)字和模擬兩種輸出端口，由于嬰兒睡覺(jué)的地方都比較安靜，當(dāng)孩子啼哭時(shí)就顯得聲音比較大，通過(guò)咪頭采集聲音信號(hào)，由于采集到的信號(hào)比較小，同時(shí)還帶有噪聲，所以通過(guò)運(yùn)放進(jìn)行放大濾波處理，單片機(jī)通過(guò)ADC采集，當(dāng)大于閾值的時(shí)間超過(guò)預(yù)定時(shí)間時(shí)認(rèn)為嬰兒醒了。

■2.4 人機(jī)交互模塊

在與計(jì)算機(jī)交互的過(guò)程中，少不了顯示屏的功勞。在調(diào)試時(shí)也必然少不了通過(guò)顯示屏來(lái)顯示一些參數(shù)。采用基于ILI9325控制器、分辨率為320×240的彩色液晶顯示屏。在調(diào)試過(guò)程中需要實(shí)時(shí)查看傳感器采集回來(lái)的數(shù)據(jù)，為此，本文使用藍(lán)牙通信模塊與計(jì)算機(jī)上位機(jī)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信，如圖4所示。

圖4 藍(lán)牙模塊（左）與顯示屏（右）

3 系統(tǒng)測(cè)試

整體系統(tǒng)的軟件流程如圖5所示。

圖5 軟件流程圖

本文所設(shè)計(jì)完成的智能嬰兒床如圖6所示。

圖6 智能嬰兒床

在對(duì)嬰兒床系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，對(duì)其進(jìn)行基本功能的測(cè)試。針對(duì)本所設(shè)計(jì)的多個(gè)模塊，著重進(jìn)行了睡眠狀態(tài)檢測(cè)、尿濕檢測(cè)和GSM短信發(fā)送模塊的誤報(bào)率和漏報(bào)率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察其成功率和準(zhǔn)確率，具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 功能檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的智能嬰兒床具備多種功能，在保障嬰兒睡眠質(zhì)量的前提下，有效地減輕了嬰兒父母的監(jiān)護(hù)負(fù)擔(dān)，為嬰兒提供更為舒適的睡眠環(huán)境，使父母的生活質(zhì)量有所提高。經(jīng)過(guò)測(cè)試，本文所設(shè)計(jì)的嬰兒床各個(gè)檢測(cè)功能的漏報(bào)率和誤報(bào)率僅為5%，從而說(shuō)明其具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，具有一定的應(yīng)用與推廣價(jià)值。

* [1]龍峻,朱劍芳,譚花花,等.遠(yuǎn)程智能嬰兒床研究設(shè)計(jì)[J].科學(xué)導(dǎo)報(bào) ,2015(13):78—78.

* [2]謝斌盛,鄺維威.智能調(diào)控嬰兒床的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù) ,2013(5):125—127.

* [3]李尊杰,肖楷樂(lè),陸舒楠.基于單片機(jī)和傳感器的嬰兒智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[J].電子制作,2014(17):89—89.

* [4]李凱, 杜勇前, 王啟志. 一種新型的非接觸式尿濕檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用, 2014(7):87—90.

* [5]何怡, 蔡桂清, 雷旭琴,等. 簡(jiǎn)易無(wú)線嬰兒監(jiān)護(hù)裝置的設(shè)計(jì)[J].