智能嬰兒搖籃系統(tǒng)

余章平

【摘 要】本文介紹了由單片機(jī)控制的新型多功能嬰兒搖籃系統(tǒng)設(shè)計(jì)。單片機(jī)作為控制核心，該系統(tǒng)的功能是：當(dāng)有哭聲信號(hào)時(shí)搖籃啟動(dòng)，播放輕音樂(lè)，當(dāng)有溫濕度報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，同時(shí)可以顯示設(shè)定溫度和嬰兒體溫狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；聲控；體溫檢測(cè)

一、引言

現(xiàn)代家庭大多是獨(dú)生子女家庭，父母對(duì)子女的嬰兒期培育非常重視。然而養(yǎng)育嬰兒是一件非常消耗時(shí)間和精力的事情，常常會(huì)與父母快節(jié)奏的工作生活產(chǎn)生沖突。有些父母因?yàn)橐归g照顧嬰兒，長(zhǎng)時(shí)間不能得到很好的休息，甚至嚴(yán)重影響了健康和正常的工作。據(jù)了解，有很多的上班族父母都會(huì)為照顧嬰兒而苦惱。有的父母并不能及時(shí)幫嬰兒換尿包。嬰兒夜間發(fā)燒，而父母不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并治理，從而導(dǎo)致嬰兒病情嚴(yán)重。種種情況說(shuō)明了傳統(tǒng)的嬰兒床已經(jīng)滿足不了當(dāng)代人的需求。所以設(shè)計(jì)一款合適的搖籃不僅能保證嬰兒的健康成長(zhǎng)，也能在很大程度上減輕父母的負(fù)擔(dān)，使父母不必為整夜照顧嬰兒而勞煩，從而保證大人和孩子都擁有更高的生活質(zhì)量，這便是本設(shè)計(jì)的目的所在。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。控制模塊由AT89S52單片機(jī)作為控制核心，硬件電路分為聲音檢測(cè)、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和報(bào)警等模塊。軟件部分應(yīng)用單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的全部控制功能，包括溫度設(shè)置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)顯示、報(bào)警等。

其中，溫度檢測(cè)選用芯片18b20，因?yàn)樗w積小，僅有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可以將它放入嬰兒搖床里，當(dāng)檢測(cè)到嬰兒的體溫高于或低于預(yù)先設(shè)定的范圍時(shí)，單片機(jī)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。嬰兒哭聲的檢測(cè)電路模塊聲音傳感器模塊組成。 可以檢測(cè)周圍環(huán)境的聲音強(qiáng)度，雖然傳感器只能識(shí)別聲音的有無(wú)（根據(jù)震動(dòng)原理）不能識(shí)別聲音的大小或者特定頻率的聲音 ，但能保證采集到的是嬰兒的哭聲，只有哭聲信號(hào)才能通過(guò)比較電路啟動(dòng)搖籃。

實(shí)現(xiàn)的整體功能是：

①當(dāng)嬰兒哭叫時(shí)通過(guò)聲控電路控制電機(jī)自動(dòng)搖動(dòng)；

②搖籃有定時(shí)功能：一定時(shí)間后停止搖動(dòng)；

③當(dāng)嬰兒尿床時(shí)通過(guò)濕度感應(yīng)器的信號(hào)啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警；

④嬰兒體溫自動(dòng)監(jiān)護(hù)保溫功能：體溫傳感器在寶寶身上進(jìn)行自動(dòng)測(cè)溫，當(dāng)寶寶體溫超過(guò)或低于正常值時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知看護(hù)者關(guān)注嬰兒的狀況。

三、硬件設(shè)計(jì)：

（1）主控模塊 采用STC89C52芯片構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)一般包括主控單片機(jī)芯片、電源電路、復(fù)位電路和晶振電路。

（2）顯示模塊 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱LCD。結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在這里系統(tǒng)的顯示采用發(fā)光二極管作為顯示器件。由于STC89C52單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)能力較弱，所以顯示部分的電路經(jīng)過(guò)9014三極管放大電路后，驅(qū)動(dòng)兩位共陰極LED數(shù)碼管的方式。

（3）檢測(cè)模塊 分為溫度檢測(cè)和聲音檢測(cè)，濕度檢測(cè)電路主要用集成濕度傳感器IH3605完成對(duì)嬰兒尿床的檢測(cè)。，此傳感器在片內(nèi)可完成信號(hào)的調(diào)整，且精度高，線性好。聲音檢測(cè)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵部分，要求具有較好的靈敏度和抗干擾能力。駐極體傳聲器是一種微型聲電轉(zhuǎn)換器，這種傳聲器具有靈敏度高、頻率響應(yīng)范圍寬和體積小等優(yōu)點(diǎn)。在本系統(tǒng)中選用駐極體話筒作為聲音檢測(cè)部分的聲音傳感器，用其將聲音信號(hào)變換成電信號(hào)。所選前置放大電路如下，再通過(guò)電壓比較器連接到單片機(jī)的I/O口。

（4）報(bào)警及驅(qū)動(dòng)模塊 報(bào)警系統(tǒng)有單片機(jī)及l(fā)ed和喇叭組成，當(dāng)檢測(cè)到嬰兒啼哭或尿床時(shí)可發(fā)出警報(bào)，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)搖籃搖起來(lái)或者發(fā)出音樂(lè)，注意的是于AT89S52單片機(jī)管腳最大直流輸出電流為15mA，不足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為了獲得較大的驅(qū)動(dòng)電流，在單片機(jī)引腳和電機(jī)驅(qū)動(dòng)引腳之間接入一個(gè)三極管，串聯(lián)一個(gè)電阻，三極管基極接單片機(jī)，集電極接地，發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電機(jī)，構(gòu)成共集電極放大電路，來(lái)放大單片機(jī)輸出的電流。本文采用的三極管8550是一種低電壓，大電流，小信號(hào)的PNP型硅三極管，放大系數(shù)約為150，放大后的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)到2A左右。在電機(jī)的正負(fù)引腳間反串一個(gè)二極管，用來(lái)保護(hù)三極管。

四、軟件設(shè)計(jì)

利用單片機(jī)豐富的內(nèi)部資源完成智能嬰兒搖籃的各種功能，主程序的功能是負(fù)責(zé)濕度檢測(cè)、聲音檢測(cè)、溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次，并與設(shè)定的報(bào)警溫度相比較，若超出范圍就報(bào)警。

流程圖如上：

4.1主程序流程圖

整體原理圖如下：

五、結(jié)論

使用傳統(tǒng)嬰兒搖籃，需要看護(hù)者一直陪伴在嬰兒旁邊，不僅耗時(shí)而且往往使看護(hù)者很疲憊。智能嬰兒搖籃系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，減輕了嬰兒看護(hù)者的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，促進(jìn)了嬰兒的健康睡眠，提高了大人和小孩的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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