基于STM32的智能嬰兒床設(shè)計

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)計出具有自動搖擺、尿床檢測、溫濕度檢測、啼哭檢測、空氣質(zhì)量檢測、情緒安撫及報警裝置的多功能智能嬰兒床，為嬰兒提供一個科學(xué)、健康、舒適的成長環(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：TP311? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：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，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平越來越高，對生活質(zhì)量的要求也越來越高。家長對嬰幼兒的投入也越來越多。在國家二胎政策的落地，優(yōu)生優(yōu)育的思想指導(dǎo)下，嬰幼兒相關(guān)產(chǎn)品異常火爆。嬰兒床作為一項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，無非就是能夠播放吸引嬰兒注意的音樂等。對于這樣的嬰兒床并沒有做到在嬰兒的照料過程中減輕照料人的壓力，以及精致照料的功能。功能稍全的卻價格不是普通工薪階層可以接受的。

針對以上問題，本文設(shè)計了一款基于STM32芯片為核心的智能嬰兒床，可以通過溫度傳感器、濕度傳感器、聲音傳感器來實時監(jiān)測嬰兒的狀態(tài)，在能保障嬰兒健康成長的同時，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

要對嬰兒進行精細照料，又能讓照料人省時省力的功能，要求智能嬰兒床要具有基本的濕度檢測系統(tǒng)、聲音檢測系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)、緩解嬰兒情緒的音樂播放系統(tǒng)和搖晃控制系統(tǒng)、無人狀態(tài)下的視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及手機端控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)采用STM32芯片為主要控制核心對各模塊進行控制。將系統(tǒng)的相關(guān)檢測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)視嬰兒的活動狀態(tài)，位于床底的溫濕度傳感器可以對嬰兒的尿濕、體溫不正常的狀況進行檢測;聲音傳感器則是對啼哭等狀況的發(fā)生進行實時監(jiān)測;空氣質(zhì)量傳感器根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)實時的顯示在電子顯示屏上，也可以通過網(wǎng)絡(luò)傳送到手機控制端。當(dāng)嬰兒出現(xiàn)情緒波動時可以立刻啟動用于緩解嬰兒情緒的搖晃控制和音樂播放。當(dāng)有狀況發(fā)生的時候，此系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)的WiFi模塊將警報信號發(fā)送出去，給予父母最及時的通知。同時在手機端的小程序提供給家長時刻查看到嬰兒的全部信息，方便且快捷。

3 檢測模塊

3.1溫濕檢測模塊

嬰兒尿床是嬰兒照料中很平常的事情，若能及時發(fā)現(xiàn)嬰兒的尿床行為，可能及時的更換衣物，給寶寶最貼心的呵護。對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包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，其響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點。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)，并通過控制系統(tǒng)輸送到顯示屏上。

3.2聲音檢測模塊

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

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

寶寶的健康是家長最關(guān)心的問題，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)等都會對新生嬰兒造成傷害，對于空氣檢測模塊系統(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NH3、NOx、酒精、苯、煙、CO2等危險氣體。MQ-135氣體傳感器模塊有4個引腳：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)立即啟動報警系統(tǒng)。

3.4聲光報警器

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

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

3.5舒緩情緒模塊

音樂播放器：當(dāng)嬰兒出現(xiàn)煩躁焦慮時，可以啟動系統(tǒng)的音樂播放功能來舒緩其焦慮情緒。音樂播放器采用JQ8400模塊，芯片模塊結(jié)構(gòu)簡單，可以將要播放的音樂下載到外部存儲器中，通過讀取音樂文件進行播放，播放器音質(zhì)細膩，可以對嬰兒的耳朵起到很好的保護。

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

一般情況下采用音樂播放和搖晃控制配合使用來舒緩嬰兒情緒。

3.6攝像頭模塊

攝像頭模塊可以說是系統(tǒng)的眼睛，通過攝像頭照料者可以隨時隨地地查看嬰兒的狀態(tài)，系統(tǒng)。攝像頭模塊采用OV7670 模組。通過攝像頭模塊來觀察嬰兒的體位，當(dāng)嬰兒出現(xiàn)危險的體位的時候及時報警。

4 軟件設(shè)計

在微信上開發(fā)一款小程序，和主芯片用WIFi模塊相連。首先初始化各個模塊，將嬰兒的數(shù)據(jù)采集并反饋到手機屏幕上。隨后將各項數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進行對比，如果與預(yù)設(shè)值相符則循環(huán)檢測，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端的小程序，讓父母及時了解嬰兒情況。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

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

5結(jié)語

智能嬰兒床的開發(fā)涉及電子、計算機、機械、自動控制等多個學(xué)科領(lǐng)域，是一個綜合性的應(yīng)用研究課題。引入智能家居技術(shù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，讓父母或老人不在嬰兒床周圍也可隨時了解嬰兒情況并進行合理調(diào)控，實現(xiàn)遠程照看。此次設(shè)計的嬰兒床為父母提供了科學(xué)、有效的育兒幫助，讓年輕的父母可實時了解孩子狀態(tài)，及時給予照料，使得孩子可以更加健康、快樂地成長，減少孩子對父母的依賴，也使得對孩子的照看更加方便、省心;而且本設(shè)計促進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，同時能夠給予嬰兒一個舒適健康的成長環(huán)境。該系統(tǒng)具有很高的實用價值。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】