基于嵌入式技术的智能婴儿床设计.pdf
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1、2023年/第12期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application1070 引 言随着时代的发展以及社会的变化,我国人口结构也在不断发生变化。根据第七次全国人口普查数据显示,2020 年中国总和生育率仅为 1.3,相较于历次全国人口普查呈下降趋势1。而随着中国总和生育率的降低,国家为了应对持续变化的人口结构与形式,也相应调整了我国早期所实施的计划生育政策,继而全面提出并实施了“二孩”“三孩”等生育政策,为维持我国生育率保持正常水平保驾护航。当代社会,年轻人普遍存在早出晚归以及加班等现象,这种现象早已不是单独某一个行业存在的问题2,已影响了
2、育龄妇女以及其所在家庭对生育成本的考量。本设计基于当前社会现状,设计了一款基于嵌入式技术的智能婴儿床系统。1 系统硬件电路设计1.1 设计思路为实现对婴儿尿床状况、哭闹状况的实时监控并在出现异常时自动告警以及自动化哄睡婴儿,文中设计了一套智能系统装置。利用 STM32F767 系列单片机,结合声音传感器、温湿度传感器、电机驱动模块等设备,达到实时监测婴儿状况的目的,同时还需将婴儿状况进行可视化处理,方便父母查看。1.2 系统硬件架构智能婴儿床的结构如图 1 所示。婴儿床以 STM32F767系列单片机为控制核心。设备共分为四部分:主机控制端、传感器端、电机驱动端、信息呼叫端。图 1 智能婴儿床
3、结构主机控制端为系统的控制枢纽及核心,需完成系统的逻辑运算、逻辑判断等操作;控制电机驱动端运行、接收传感器端实时传输的数据、控制信息呼叫端发送警报3-4。主机控制端下方为智能婴儿床的人机交互显示装置,由RGB 电容触摸液晶显示屏、SD 卡组成。其中,RGB 电容触摸液晶显示屏用于检测触摸交互以及显示相应的图片、文字信息,方便父母观察婴儿的状况,并控制智能婴儿床的运行;SD 存储卡主要用于存储液晶显示屏所需显示的图片以及显示文字所需的字库5。图中主机控制端上方为传感器端,传感器端由温湿度传感器、声音传感器组成,主要负责监测婴儿尿床、婴儿哭闹等状况,并将相关数据传输至主机控制端,由主机控制端进行处
4、理与逻辑判断。主机控制端左侧为电机驱动端,包括电机驱动模块和直流减速电机。电机驱动端的主要功能是对电机进行驱动,实现摇晃床体哄睡婴儿的目的。该模块由主机控制端所产生的PWM 波控制直流减速电机的转速6。主机控制端右侧为信息呼叫端,由通信模块、WiFi 模块基于嵌入式技术的智能婴儿床设计单宾宾,梁宸睿,李森森,焦泽栋,张苏南,薛 清(江苏海洋大学 理学院,江苏 连云港 222005)摘 要:本设计采用 STM32F767IGT6 芯片作为控制核心,利用温湿度传感器 DHT11 实时监测婴儿的尿床状况,利用声音传感器 YL-56 实时监测婴儿的哭闹状况,实现全天候对婴儿异常状况的监测;利用通信模块
5、 SIM900A 实现通信功能,当婴儿出现异常状况时及时通知父母前来安抚婴儿;通过 WiFi 模组 ESP8266 将传感器数据实时上传至机智云平台,从而实现传感器数据的实时更新;通过电机驱动模块 L298N 驱动直流减速电机,实现婴儿床自动摇晃功能,哄睡婴儿;利用手机 APP 实时观察婴儿的状况、控制系统运行,同时也可以使用婴儿床上的触摸显示屏进行观察与控制。本系统实现了对婴儿哭闹、尿床状况的实时监测,以及婴儿状况可视化、婴儿异常状况自动告警、音乐播放、自动摇晃婴儿床哄睡婴儿等功能。关键词:物联网;STM32;无线传输;婴儿床;实时监测;可视化中图分类号:TP39;R197.324;TN92
6、 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2023)12-0107-02DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2023.12.028收稿日期:2023-01-06 修回日期:2023-02-24物联网技术 2023年/第12期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application108组成,主要将婴儿的异常状况通过电话及时通知父母,并通过 WiFi 模块将婴儿相关信息上传至云端,与手机 APP 同步。2 系统软件设计智能婴儿床主程序流程如图 2 所示。流程图只展现了程序的大致运行过程,更多细节将在系统实现章节阐述。当程序开始运行
7、时,首先初始化系统(需要初始化的外设及模块为 L298N 电机驱动模块、ATK-ESP8266 无线传输模块、RGB 电容触摸液晶显示屏、DHT11 数字温湿度传感器、YL-56 声音传感器、SD 卡;需要初始化的系统内部资源为FLASH、SDRAM、定时器、时钟、中断、串口、内存池)。接着,传感器端运行并实时监测婴儿的各项数据:当检测到婴儿尿床或哭闹时,系统通过呼叫端呼叫父母前来处理,之后将数据上传至云平台与手机 APP 同步,同时,触摸屏上显示相应的内容并检测触摸;当检测到用户开启哄睡模式时,电机端按照设定的挡位运行,持续监测数据,开启逻辑判断。图 2 智能婴儿床主程序流程3 分析和论证3
8、.1 婴儿状况的判断与处理用于判断婴儿尿床状况的数据来源于 DHT11 数字温湿度传感器,将传感器放置在婴儿床垫下,系统通过判断传感器所检测的床垫下湿度是否大于阈值(系统阈值设置为92%RH)从而确定婴儿的尿床情况。当婴儿尿床时,床垫下的湿度会发生变化,并超过系统设定的阈值,因此系统可以根据床垫下的湿度精确判断婴儿的尿床情况。当检测到婴儿尿床时,系统会向父母手机发送电话通知,并将婴儿尿床状况显示在显示屏上7-8。3.2 婴儿哭闹状况的判断与处理用于判断婴儿哭闹状况的数据来源于 YL-56 声音传感器,将传感器放置在婴儿床周围,系统通过判断传感器所检测到的周围环境声音是否大于阈值(阈值由传感器上
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