高　旭，鄒　靜

基于STM32單片機的智能嬰兒搖籃的設(shè)計

高旭，鄒靜

（武昌工學(xué)院，湖北 武漢430065）

為了更好地解決孩子與父母之間生物鐘的沖突，減輕父母照顧嬰兒時所遇到的煩惱，本次設(shè)計以STM32F103C8T6單片機為核心，采用聲音、濕度、溫度傳感器對嬰兒進(jìn)行實時監(jiān)測，運用傳動系統(tǒng)和音樂播放系統(tǒng)來哄哭泣的嬰兒，從而提高嬰兒及父母的睡眠質(zhì)量。本次設(shè)計能很好地幫助父母照顧嬰兒，非常具有實用價值。

STM32F103C8T6；帶通濾波器；嬰兒床

現(xiàn)代家庭大多是獨生子女家庭，父母對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間和精力的事情，常常會與父母快節(jié)奏的工作生活產(chǎn)生沖突。有些父母因為夜間照顧嬰兒，長時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。然而傳統(tǒng)的嬰兒床并不能滿足父母快節(jié)奏的生活，父母需要在照顧嬰兒方面花大量時間。另外，嬰童家具產(chǎn)業(yè)，包括嬰兒床、嬰兒餐椅等家具，目前已成為我國最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一。

針對上面所說的問題，本次設(shè)計主要以STM32F103C8T6為主要的控制芯片，外圍設(shè)計有聲音采集電路、溫度、濕度傳感器來對嬰兒當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行時實的采集，針對不同情況單片機采取不同的措施來幫助父母照顧嬰兒。當(dāng)駐極體話筒采集到嬰兒的哭聲時，嬰兒床會播放音樂并搖動搖床來哄小孩；對溫度、濕度傳感器返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可判斷嬰兒是否發(fā)燒，是否尿床，來及時告知父母！

1　整體設(shè)計方案

本項目主要包含兩個方面的工作，一方面是電路元件的連接和組裝，另一個方面則是運算程序的編寫。總體框架如圖1所示。

當(dāng)小孩夜間醒來時，嬰兒會動，從而嬰兒床會搖動。若嬰兒尿床，由濕度傳感器采集到數(shù)據(jù)信息發(fā)送到從機進(jìn)行處理；而同時溫度檢測模塊使用DS18B20溫度傳感器來采集嬰兒被子內(nèi)的溫度，設(shè)定上限溫度38℃、下限溫度30℃，當(dāng)檢測到溫度等于或高于38℃時，表明嬰兒發(fā)燒了，當(dāng)檢測到溫度低于30℃時，說明嬰兒踢被了，單片機會第一時間接收到以上信息并發(fā)出報警信號。聲音監(jiān)控模塊則采用駐極體話筒來采集嬰兒的哭聲，當(dāng)嬰兒哭泣時，會使音樂模塊發(fā)聲來播放音樂，音樂模塊支持內(nèi)存卡的讀寫，可以自由下載播放音樂的內(nèi)容；嬰兒床的傳動模塊是用一個電動機連接一個擺臂來帶動嬰兒床的搖動；在閑暇的時候父母也可以用手機來控制嬰兒搖床的搖動和音樂播放來舒緩寶寶情緒。

圖1　系統(tǒng)整體方框圖

2　功能電路設(shè)計

（1）濕度檢測電路。濕度檢測電路采用濕敏電阻HR202L來檢測嬰兒被子內(nèi)的濕度，濕敏電阻與一個10K電位器RS1相串連，構(gòu)成一個分壓電路。濕敏電阻另一端與四通道模擬開關(guān)CD4066的1號引腳相連，而2號引腳與控制器的PA1引腳相連，PA1的第二功能具有ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換）的功能，所以當(dāng)外界環(huán)境的濕度發(fā)生變化時引起濕敏電阻的阻值發(fā)生變化，控制器的PA1引腳來檢測這一模擬信號的變化從而來控制后續(xù)電路的工作。調(diào)節(jié)電位器RS1可改變濕度檢測電路的靈敏度。

（2）溫度檢測電路。溫度檢測模塊采用DS18B20溫度傳感器來采集嬰兒床被子內(nèi)的溫度，通過返回的不同的溫度數(shù)據(jù)來判斷嬰兒當(dāng)前的狀態(tài)。DS18B20的數(shù)據(jù)端與控制器的PC13引腳相連并通過一個4.7K上拉電阻連接到電源，控制器讀取DS18B20返回的數(shù)據(jù)來控制其它外圍電路的工作。

（3）聲音檢測電路。聲音檢測電路由駐極體話筒來采集嬰兒的哭聲。由于嬰兒的哭聲頻率大致在400～1200Hz的范圍內(nèi)，因此設(shè)計一個下限頻率為400Hz，上限頻率為1200Hz的帶通濾波器來濾除干擾信號。

帶通濾波器是由巴特沃思二階低通濾波器和二階高通濾波器組成，運算放大器采用的是LM358，實現(xiàn)帶寬為800HZ的有源帶通濾波器。基于Multisim12仿真電路圖如圖2所示。

圖2　帶通濾波器仿真電路圖

在中心頻率700Hz左右的增益為6.926dB，當(dāng)頻率下降至365.251Hz時增益下降到3.937dB，當(dāng)頻率上升至1311Hz時增益下降到3.946dB。這與理論上分析得到的，增益下降到3dB處的上限頻率為1200Hz，下限頻率400Hz等大致相符。

經(jīng)過駐極體話筒對聲音的采集后，輸入到帶通濾波器，進(jìn)行濾波，允許嬰兒哭聲頻率通過，最后送到單片機進(jìn)行處理。

（4）音樂播放電路。音樂模塊采用的主要芯片是GPD2856，支持MP3播放格式，通過GPD2822對SD卡進(jìn)行解碼后將音樂送到8002功率放大器進(jìn)行信號放大，使用揚聲器播放出來。當(dāng)檢測到嬰兒哭鬧時則啟動音樂模塊，使嬰兒床播放音樂。

（5）時鐘電路。時鐘電路采用的芯片是DS1302時鐘芯片，實時時鐘，可對秒、分、時、日、周、月以及帶閏年補償?shù)哪赀M(jìn)行計數(shù)，通過向單片機內(nèi)寫程序來讀取DS1302中的時間數(shù)據(jù)，從而顯示在OLED顯示模塊上。

（6）OLED顯示電路。顯示電路是由0.96寸雙色OLED顯示屏來顯示當(dāng)前時間，以及采集的溫度數(shù)值，濕度數(shù)值，嬰兒哭聲的AD轉(zhuǎn)換值?？梢灾庇^的看出當(dāng)前嬰兒床被子內(nèi)的濕度，溫度。給父母照顧嬰兒提供極大的方便。

（7）嬰兒床搖動電路。嬰兒床的搖動部分是用42步進(jìn)電機42BYGH47-401A帶動傳動部分讓嬰兒床搖動起來，步進(jìn)電機的驅(qū)動芯片選用的是TB6560AHQ，TB6560AHQ是東芝公司主推的低功耗、高集成兩相混合式步進(jìn)電機驅(qū)動芯片，配合簡單的外圍電路即可發(fā)出高性能的驅(qū)動電路。

（8）無線數(shù)據(jù)傳輸電路。無線模塊包含兩個部分，一部分是藍(lán)牙模塊，一部分是2.4G高頻模塊。藍(lán)牙模塊選用OYOU藍(lán)牙4.0模塊，它可以通過父母的手機來控制嬰兒床的搖動和音樂播放。

2.4G無線模塊的主控芯片采用的是NRF24L01+，該芯片采用SPI的通信協(xié)議與STM32F103C8T6進(jìn)行通信，該模塊的主要功能是當(dāng)傳感器檢測到嬰兒尿床或嬰兒發(fā)燒則發(fā)送報警信號來告知父母，將嬰兒的不良狀況第一時間反饋給父母，避免嚴(yán)重的后果發(fā)生。

3　結(jié)語

智能嬰兒搖床系統(tǒng)的開發(fā)涉及到電子、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。文章著重以人性化照顧小孩子為前提，設(shè)計出一款多功能的嬰兒搖床，經(jīng)驗證搖床功能穩(wěn)定，易于維護，是一個比較實用的照顧嬰兒的利器。

［1］黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［2］歐陽集正，胡榮杰.多功能智能嬰兒床的設(shè)計［J］.湖南科技學(xué)院學(xué)報，2010，（4）.

［3］梁森，歐陽三泰，王侃夫.自動檢測技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

The Design of Smart Infanette Based on STM32 MCU

GAO Xu，ZOU Jing
（Wuchang Institute of Technology，Wuhan，Hubei 430065，China）

In order to so1ve the conf1ict between the chi1dren and parents，and in order to reduce the prob1ems encountered by parents'when taking care of the baby，this design uses STM32F103C8T6 microcontro11er as the core，and uses sound，humidity，temperature sensor for rea1-time monitoring of infants，uses transmission system and audio music p1ayer system to coax crying baby，so as to improve the qua1ity of infant and parents s1eep.This design can be very good to he1p parents to take care of the baby，which has practica1 va1ue.

STM32F103C8T6；band pass fi1ter；infanette

TP368.1

A

2095-980X（2016）03-0062-02

2016-03-16

本文為武昌工學(xué)院2014年度校級大學(xué)生科研項目《智能嬰兒搖籃的設(shè)計》的研究成果。項目編號2014XSZ03，資助項目。主要成員王杰、加一鳴、馮智慧、黃康蜜、卓琴菁。

高旭（1994-），男，湖北棗陽人，大學(xué)本科，主要研究方向：電子科技。