基于STM32的智能婴儿床设计
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摘要：分析了目前市面婴儿床产品的功能与特色，将嵌入式控制技术、物联网技术应用于婴儿床上，设计出具有自动摇摆、尿床检测、温湿度检测、啼哭检测、空气质量检测、情绪安抚及报警装置的多功能智能婴儿床，为婴儿提供一个科学、健康、舒适的成长环境。为照料者提供了智能化的辅助功能。
关键词：STM32;智能婴儿床
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：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，随着科学技术的发展，人们的生活水平越来越高，对生活质量的要求也越来越高。家长对婴幼儿的投入也越来越多。在国家二胎政策的落地，优生优育的思想指导下，婴幼儿相关产品异常火爆。婴儿床作为一项婴儿出生后必不可少的物件，受到了广大厂家的青睐，纷纷研制出相关的新型的婴儿床，但目前市面上的婴儿床大多功能单一，无非就是能够播放吸引婴儿注意的音乐等。对于这样的婴儿床并没有做到在婴儿的照料过程中减轻照料人的压力，以及精致照料的功能。功能稍全的却价格不是普通工薪阶层可以接受的。
针对以上问题，本文设计了一款基于STM32芯片为核心的智能婴儿床，可以通过温度传感器、湿度传感器、声音传感器来实时监测婴儿的状态，在能保障婴儿健康成长的同时，还可以缓解父母的压力，让父母从照顾婴儿的繁忙中抽出闲暇，却又不用担心婴儿的状况。且成本很低。
2总体设计
要对婴儿进行精细照料，又能让照料人省时省力的功能，要求智能婴儿床要具有基本的湿度检测系统、声音检测系统、报警系统、空气质量检测系统、缓解婴儿情绪的音乐播放系统和摇晃控制系统、无人状态下的视频监控系统以及手机端控制系统等。系统总体设计框图如图1所示。
本系统采用STM32芯片为主要控制核心对各模块进行控制。将系统的相关检测模块安装在婴儿床相应位置，比如摄像头安装在床尾可以清楚地监视婴儿的活动状态，位于床底的温湿度传感器可以对婴儿的尿湿、体温不正常的状况进行检测;声音传感器则是对啼哭等状况的发生进行实时监测;空气质量传感器根据检测到的数据实时的显示在电子显示屏上，也可以通过网络传送到手机控制端。当婴儿出现情绪波动时可以立刻启动用于缓解婴儿情绪的摇晃控制和音乐播放。当有状况发生的时候，此系统可以通过系统的WiFi模块将警报信号发送出去，给予父母最及时的通知。同时在手机端的小程序提供给家长时刻查看到婴儿的全部信息，方便且快捷。
3 检测模块
3.1温湿检测模块
婴儿尿床是婴儿照料中很平常的事情，若能及时发现婴儿的尿床行为，可能及时的更换衣物，给宝宝最贴心的呵护。对于婴儿的温度与是否尿湿系统采用DHT11传感器。
DHT11数字温湿度传感器是一个成品模块，采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有很好的可靠性和稳定性。DHT11包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，其响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等优点。DHT11与STM32芯片直接连接。系统采用快速轮询方式不停地读取温湿度数据，并通过控制系统输送到显示屏上。
3.2声音检测模块
声音检测模块主要用于检测婴儿的啼哭，让照料者能即使不在床前也能在第一时间得知婴儿的啼哭。
声音传感器采用了LM386音频放大芯片。LM386是一种音频集成功率放大器，优点是自身功耗低、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等。LM386音频放大芯片有4个引脚。分别是DOUT（数据输出）、AOUT（模拟输出）、GND（地线）、VCC（电源线）。
3.3空气质量模块
宝宝的健康是家长最关心的问题，新生婴儿的免疫系统较弱。新房装修、家具散发出的有害气体、空气中的有害物质等都会对新生婴儿造成伤害，对于空气检测模块系统使用MQ-135 空气质量传感器。
MQ-135是一款低成本的模拟气体传感器。适用于检测NH3、NOx、酒精、苯、烟、CO2等危险气体。MQ-135气体传感器模块有4个引脚：VCC（需要5V），GND，模拟输出和数字输出。系统一旦发现某种物质超标系统立即启动报警系统。
3.4声光报警器
报警装置的作用是一旦系统检测到不利于婴儿健康信息时通知照料人的一种装置。其框图如图4所示。 报警器采用SMF-27蜂鸣器，当婴儿的体温或湿度高于预设值是报警，以此来提醒婴儿的父母赶紧照顾婴儿。
3.5舒缓情绪模块
音乐播放器：当婴儿出现烦躁焦虑时，可以启动系统的音乐播放功能来舒缓其焦虑情绪。音乐播放器采用JQ8400模块，芯片模块结构简单，可以将要播放的音乐下载到外部存储器中，通过读取音乐文件进行播放，播放器音质细腻，可以对婴儿的耳朵起到很好的保护。
摇晃控制：当婴儿啼哭或体温尿湿不正常时，婴儿床启动自动摇摆功能来安抚婴儿。摆动功能的动力源采用 5V 直流电机。依靠改变直流电机的供电电压改变摇篮摇摆的强度，改变电压的方法采用 PWM（脉冲脉宽调制）法，PWM 信号来源于单片机。通过控制摇篮摇摆的时间来控制摇篮的摆幅，同时用电机的转数来控制。[2]可以设置摇晃的频率和时间。
一般情况下采用音乐播放和摇晃控制配合使用来舒缓婴儿情绪。
3.6摄像头模块
摄像头模块可以说是系统的眼睛，通过摄像头照料者可以随时随地地查看婴儿的状态，系统。摄像头模块采用OV7670 模组。通过摄像头模块来观察婴儿的体位，当婴儿出现危险的体位的时候及时报警。
4 软件设计
在微信上开发一款小程序，和主芯片用WIFi模块相连。首先初始化各个模块，将婴儿的数据采集并反馈到手机屏幕上。随后将各项数据与预设值进行对比，如果与预设值相符则循环检测，如與预设不符就执行相应的命令，并将婴儿情况反馈给手机端的小程序，让父母及时了解婴儿情况。系统流程图如图5所示。
该软件能够实时显示婴儿的身体状况并可以手动执行婴儿床摇摆或者播放音乐等功能。做到即使不在婴儿身边也能安抚婴儿。
5结语
智能婴儿床的开发涉及电子、计算机、机械、自动控制等多个学科领域，是一个综合性的应用研究课题。引入智能家居技术，实现远程监控，让父母或老人不在婴儿床周围也可随时了解婴儿情况并进行合理调控，实现远程照看。此次设计的婴儿床为父母提供了科学、有效的育儿帮助，让年轻的父母可实时了解孩子状态，及时给予照料，使得孩子可以更加健康、快乐地成长，减少孩子对父母的依赖，也使得对孩子的照看更加方便、省心;而且本设计促进了智能家居在普通家庭的应用，提升了普通百姓的生活质量，缓解父母照看婴儿的压力，同时能够给予婴儿一个舒适健康的成长环境。该系统具有很高的实用价值。
参考文献：
[1] 王杰华，刘晓彬，洪丽芳，等.多功能智能婴儿床的设计[J].福建电脑，2019，35（5）：133-135.
[2] 李顺，叶文通.智能多功能婴儿摇床设计[J].中国新通信，2019，21（3）：5.
[3] 刘利新，赵莹，苗帅楠，等.基于ARM的智能婴儿床设计[J].科技资讯，2019，17（27）：3-4.
[4] 蒋胤冰，朱智，李漫漫，等.基于STC89C52单片机的智能婴儿床设计[J].江苏科技信息，2018，35（33）：53-57.
【通联编辑：朱宝贵】
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