婴幼儿尿床踢被监测提醒器设计.pdf

2023年9 月计算机应用文摘第39 卷第17 期婴幼儿尿床踢被监测提醒器设计余湘,汤莉莉,方天宇,马文迪，肖欢（湖北大学知行学院计算机与信息工程学院,武汉430 0 11）摘要：文章旨在提供一种监测婴幼儿尿床踢被的方法。婴幼儿尿床踢被监测提醒器由检测端和父母端组成，两端将STC89C51单片机作为主控芯片，以实现对婴幼儿尿床踢被的实时监测和提醒。通过DS18B20实现温度检测功能，通过雨滴传感实现液体检测，以及通过HC-05蓝牙通信模块实现数据的无线传输，最后通过振动提醒和触摸反馈实现在夜间对婴儿尿床踢被的检测。该设计从硬件、软件两方面进行整合并最终设计出一种婴幼儿尿床踢被检测提醒器，其可以广泛应用于夜间婴幼儿健康检测，从而更好地帮助父母照看婴幼儿。关键词：婴儿看护；无线传输；液体检测中图法分类号：TP311Design of bedwetting kick monitoring reminder for infants and young children(College of Computer and Information Engineering,Zhixing College of Hubei University,Wuhan 43001l,China)Abstract:This article aims to provide a method for monitoring the bedwetting and quilting of infantsand young children.The bedwetting and kicking monitoring reminder for infants and young childrenis composed of a detection terminal and a parent terminal.The STC89C51 microcontroller is used asthe main control chip at both ends to realize real-time monitoring and reminding of bedwetting andquilting of infants and young children.The temperature detection function is realized throughDS18B20,the liquid detection is realized through raindrop sensing,and the wireless transmission ofdata is realized through HC-05 Bluetooth communication module.Finally,the detection of thebedwetting and kicking quilt of infants is realized at night through vibration reminder and touchfeedback.The design integrates hardware and software and finally designs an infant bedwetting kickdetection reminder,which can be widely used in night infant health detection,so as to better helpparents take care of infants and young children.Key words:infant care,wireless transmission,liquid detection随着居民生活水平的显著提升，我国正在迈向更加繁荣昌盛的未来。由此，人们对健康的要求也越来越高，特别是更加关注婴幼儿的健康。由于婴幼儿的大脑未发育完全，不能自主控制排尿，经常会尿床。婴幼儿在尿床后需要及时进行处理，如果婴幼儿继续睡在潮湿的地方,就可能着?,甚至患上湿疹等一些疾病。但是在夜晚,父母在睡着的情况下,难以察觉婴幼儿是否尿床，而且婴幼儿在睡觉时可能会进行踢被翻身等活动，如果将被子踢开并不及时盖好，就很文献标识码：AYU Xiang,TANG Lili,FANG Tianyu,MA Wendi,XIAO Huan有可能使婴幼儿着?。传统的婴幼儿尿床踢被提醒器大多采用有线的方式连接检测端和提醒端 1,且大多采用声音提醒的方式。若婴幼儿在夜间睡眠过程中翻身,发生线路缠绕或断裂,则容易造成漏电,具备一定的安全隐患。此外,将声音作为提醒的方式易刺激到睡眠中的婴幼儿，故在本设计中，将采用无线通信方式实现提醒端和检测端的数据交流，且采用振动方式进行提醒，既不会刺激到睡眠中的婴幼儿，又能帮助聋哑人群体更好地照顾婴幼儿。基金项目：2 0 2 1年度湖北省教育厅科学技术研究计划项目（B2021410）；2 0 2 2 年湖北大学知行学院大学生创新创业训练计划项目(XDC2022008)521总体硬件系统设计这个系统由两部分组成：硬件和软件。硬件部分包含电源模块、核心控制器、通信模块、温度检测模块、尿液检测模块、触碰检测模块、提醒模块7 个小模块。硬件系统分为主机和从机两部分，主机部分为婴幼儿尿床踢被的检测端，从机部分为父母的提醒端。本系统工作模式为通过主机连接各种传感器模块，对婴儿床进行实时监控，一旦检测到温度模块或者尿液检测模块的异常值信号，便立即给主机核心控制器发送信号，主机控制器通过蓝牙通信模块实现无线通信并对从机进行信息传输，从机接收主机传输的信号后对从机核心控制器所连接的各项模块进行信号控制，以发出提醒消息。51单片机是一款效率高、成本低、用途广的微控制器，它可以完美兼容英特尔8 0 5 1指令系统，是当今市场上最具代表性的机器人之一 2 。它不仅可以用于家电、车辆、工业测控和通信设备，还可以满足各种复杂的应用需求。蓝牙是一种支持设备之间短距离通信的无线电技术,其创立之初是为了解决办公室设备之间通过有线线缆连接的问题。随着技术的不断进步和完善,逐步形成无线数据和语音通信开放的一种全球技术规范。在本设计中主要利用蓝牙模块实现双端之间的数据传输，从而实现无线通信。HC-05模块是一款具有卓越性能的主从合一蓝牙串口控制器，它能够与各种终端设备（如手机)进行配对连接,并且具有极广的波特率范围,从而提供更强大的功能，同时成本较低，运行稳定，性价比较高，只需配备少量的外围元件就能实现强大功能。蓝牙转串口的设备实现了透明传输，使用灵活、快捷。HC-05蓝牙模块首先进人设置模式，对主机和从机的串口通信进行配置，通过设置相同的波特率、调试密码，以及串口调试工具，利用AT命令对主机和从机进行分别配置，以实现主机发出信息,从机能够接收,且一旦开通电源，主机和从机能够自动配对,并传输信号。将蓝牙模块与5 1单片机的RXD和TXD串口通信相连,进人通信模式，使用编程语言编写串口通信程序，通过编写5 1单片机的串口中断程序,使系统在正常运行中一旦检测到异常信号立即中断,并使主程序运行进入中断程序,运行中断程序中的命令指令通过串口中断运行HC-05蓝牙通信模块，完成检测端与提醒端之间的设备通信、信号传输。将蓝牙模块的主机与从机的波特率调节至相同的9 6 0 0,以实现高效、稳定的通信。对串口初始化,以实现HC-05蓝牙模块和核心控制器的连接。当核心控制器接收到来自各传感器的异常信号时，单计算机应用文摘片机会立即运行串口中断程序，以便通过串口控制主机蓝牙模块，从而实现对系统的有效监控和控制。运行中断程序中的命令向从机发送异常信号，从机立即接受信号并发送给从机核心控制器，以运行相应的程序和做出相应的反应,从而达到提醒作用。图1为总体硬件系统设计方案图。电源模块核心控制器（主机）温度检测模块尿液检测模块2车软件系统设计方案2.1检测端子程序设计原理本系统采用DALLAS公司生产的DS18B20温度检测模块，该模块具有体积小、耗能低，且内部自带温度转化功能的优点。该模块的传感器支持一线总接口（1-Wire）,测量温度范围为-5 5 +12 5，在-10 +85范围内,精度为0.1内。同时,它能够以9 位、10位、11位和12 位的分辨率对模拟量的温度值进行转换和表示,以上4种分辨率分别对应的单位温度值为0.5,0.2 5,0.12 5,0.0 6 2 5。DS18B20出厂默认的分辨率为12 位。在本设计中，温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大幅提高了系统的抗干扰性。该传感器将温度转化的结果以二进制补码的形式储存在内部暂存器中。单片机读取温度时,先读取低字节,再读取高字节。若单片机读取的温度值为非负数,则这五个符号位均为0,可将测得的数值乘以0.0625得到实际温度值。若单片机读取的温度值为负数,则这五个符号位均为1。要得到实际的正确温度值,需根据补码转原码规律,将其二进制先取反,再加1，最后乘以0.0 6 2 5。在软件设计方面，在DS18B20中设置一个幅度变化的温度值，温度变化的幅度与婴儿被窝的温度相关。当婴儿踢被时，被窝温度发生变化，当温度降到设定温度值以下时，温度传感器立即传送信号给主机控制模块。本系统将雨滴传感器作为尿液检测模块。雨滴传感器有2 个输出：AO模拟输出和DO数字输出。本系统只需检测有无尿液,故只需连接数字输出端，将模拟输出端悬空。当尿液检测模块检测到液体时，数字端输出信号1给核心处理器。本系统中检测端和提醒端都将HC-05作为无线通2023年第17 期电源模块核心控制器（从机）通信模块通信模块图1总体硬件系统设计图触碰检测模块提醒模块2023年第17 期信模块,此模块具有体积小、功能多、AT指令简单的特点。将检测端和提醒端的蓝牙模块皆设置成主机模式,即可保证两端能够正常相互通信。在程序中,设置主机通信模块的相关数值，当模块接收到主机子程序传送异常数值时，传送一个信号给从机通信模块，从机模块立即传送信号给从机子程序，开始启动提醒模块。2.2提醒端子程序设计原理TTP223触摸传感器模块是本系统的重要组成部分，它采用电容式点动型触摸开关模型，能够实现无需按压的触觉监测操作,从而大幅提升客户的使用体验。TTP233的初始信号为0,当触摸时，输出一个信号1，一旦离开触摸就会恢复信号0。该系统将10 2 7手机扁平马达作为提醒模块，该模块的VCC连接电源的VCC,GND连接从机的一个端口。马达的振感强、体积小且安装方便。在软件系统中，从机对连接1027手机扁平马达的GND端口默认给信号1，当从机接收到通信模块传送的信号后便立即给信号0，从而启动马达。当TTP223被触摸时，从机接收到TTP223的一个信号并立即给10 2 7 手机扁平马达的端口信号0，从而使马达停止。当从机核心处理器接收到信号后，立即调用从机触碰模块，并开启提醒模块，待用户感受到提醒振动并触碰模块，从机核心处理器立即关闭触碰模块和提醒模块。3设计方案特点及关键技术3.1方案特点本婴幼儿尿床踢被监测提醒器采用无线通信模块进行提醒。传统尿床踢被提醒器多采用有线传输的方式，不仅会影响睡眠质量，而且人们在睡眠中不自主翻身等动作容易导致线路缠绕或断裂,具有一定危险性，而采用无线通信模块可以避免这类问题。本婴幼儿尿床踢被监测提醒器将振动作为提醒方式。一部分传统提醒器将声音作为提醒方式，在实际婴幼儿的睡眠过程中，突然的声音刺激容易惊吓婴幼儿，且声音提醒不适用于聋哑人，而采用振动提醒(上接第5 0 页）8 柴思博,刘季秋.基于OpenMV的运动目标预测跟踪云台J.中国科技信息,2 0 2 1(1)：41-42.9 付文新，王洪丰.基于STM32单片机和DHT11温湿度传感器的温湿度采集系统的设计与实现 J.光源与照明,2 0 2 2(3):119-121.10渠薇,韩宗平，姜久慧，等.一种基于W5500的ModbusTCP服务器系统设计 J.江苏理工学院学报，2 0 18,2 4（2)：52-56.11孙健，杨添博，张睿宇，等.基于FPGA与W5500的以太网接口设计 J.工程与试验，2 0 19,5 9（3）：8 3-8 4.计算机应用文摘可以更好地帮助聋哑人在夜间对婴幼儿尿床踢被子进行及时处理。这种提醒方式增加了受众群体，能够在各类人群中得到广泛使用。3.2关键技术对温度检测模块的调试。温度检测模块的采集与处理需采用对温度敏感且温度误差小的温度检测模块，在实际应用中不断调试和设定温度阈值。对蓝牙通信的检测。先对两端的蓝牙模块进行单独调试,再进行多次距离测试，以确认系统通信的通信范围。蓝牙通信在首次配对好后，后续都会默认配对,无需再次进行调试，以实现主机和从机之间的稳定通信。预期结果分析如下：温度过低或者检测到液体，检测端便发出信号给提醒端，同时提醒端能产生振动提醒。提醒端收到反馈后，能及时关闭振动提醒。4结束语本婴幼儿提醒器能为父母特别是聋哑人在夜间睡眠时间照顾婴幼儿提供便利，保护了婴幼儿的健康，更好地为婴幼儿创建舒适健康的成长环境，并且全套系统运行电压都在低电压环境工作，用电安全，相较于传统提醒器减少了安全隐患。本提醒器所用模块成本较低，容易量产,且在运行过程中非常稳定，同时减轻了父母的压力。因此,其可以被广泛用于生活中,具有一定的使用价值和市场前景。参考文献：1 黄伟.婴幼儿健康监测智能穿戴产品设计特点解析 J.毛纺科技,2 0 2 2,5 0(9):10 6-112.2唐茜,张冰冰,郑笑雨.婴幼儿可穿戴智能监测服装设计J.纺织学报,2 0 2 1,42(8)：15 6-16 0.作者简介：余湘（2 0 0 3一），本科，研究方向：电路设计。汤莉莉（19 8 2 一），硕士，副教授，研究方向：电路设计（通信作者）。12 曾红，党盼盼.基于W5500的嵌入式系统以太网网关设计J.网络安全技术与应用，2 0 15（2）：36-37.13侯晓东.基于以太网的嵌人式远程数据监测技术的研究【D .武汉：中国地质大学（武汉），2 0 0 9.14郭爱华.简述西门子PLC的S7-1200的MODBUS/TCP通信的客户端及服务器设置J.价值工程，2 0 19,38（30）：204-206.作者简介：李海生（19 8 0 一），本科，高级工程师,研究方向：变电站智能化技术、变电运维管理。53