黃惠玲

摘? ?要：電子技術(shù)是中職電子信息技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科，是物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)安防等專業(yè)的硬件電路支持，通過(guò)育嬰監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，采用NI MyDAQ采集卡讀取傳感器信號(hào)，采用NI LabVIEW軟件進(jìn)行可視化界面的設(shè)計(jì)及程序框圖編寫實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與電子電路通訊，在計(jì)算機(jī)界面實(shí)現(xiàn)電路信號(hào)的讀取及硬件電路的寫入，實(shí)現(xiàn)電子控制;在教學(xué)上，在改變傳統(tǒng)電子技術(shù)教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容以及一體化實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面提供了不同的方向，對(duì)中職電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)手段具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：育嬰監(jiān)控系統(tǒng)? 采集卡? 可視化界面? 電路控制

現(xiàn)代家庭中，一部分父母提倡西方的母嬰分床睡的育嬰方式，一方面保證了母親有足夠的睡眠時(shí)間，有利于產(chǎn)后恢復(fù);另一方面，養(yǎng)成嬰幼兒獨(dú)立的習(xí)慣。但母嬰分床睡的育嬰方式也存在讓新手爸爸媽媽無(wú)法安枕無(wú)憂的安全隱患，比如嬰幼兒掉下床沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，被子捂過(guò)頭造成嬰幼兒窒息沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和施救等，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，嬰幼兒因被子捂過(guò)頭造成窒息而亡是造成嬰兒死亡的重要原因之一。

育嬰監(jiān)控系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控嬰幼兒睡眠的環(huán)境狀態(tài)，它設(shè)計(jì)了以下幾部分功能：

（1）檢測(cè)嬰幼兒尿床或者尿不濕溢出，提醒爸爸媽媽及時(shí)更換;

（2）檢測(cè)嬰幼兒哭鬧，提醒爸爸媽媽前來(lái)查看原因;

（3）檢測(cè)嬰幼兒掉床下，提醒爸爸媽媽及時(shí)過(guò)來(lái)處理;

（4）檢測(cè)嬰幼兒蹬開了被子，提醒爸爸媽媽前來(lái)蓋好被子;

（5）檢測(cè)嬰幼兒即將有捂被子的風(fēng)險(xiǎn)，提醒父母即刻前往處理;

（6）房間溫度是否適當(dāng)。

1? 育嬰監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

育嬰監(jiān)控系統(tǒng)由檢測(cè)電路、信號(hào)采集和可視化控制界面三大模塊組成，如圖1所示。

檢測(cè)電路由不同類型的傳感電路組成，分別檢測(cè)不同狀態(tài)的電信號(hào)。本系統(tǒng)設(shè)置了4種傳感器，分別是潮濕傳感器、聲音傳感器、震動(dòng)傳感器及利用電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)模擬嬰幼兒踢被子或者捂被子的傳感器電路。其中，潮濕傳感器檢測(cè)嬰兒床潮濕情況，判斷是否有尿液溢出;聲音傳感器通過(guò)檢測(cè)聲音信號(hào)，判斷嬰幼兒是否已經(jīng)醒來(lái)并正在哭鬧;震動(dòng)傳感器檢測(cè)嬰幼兒是否跌下床;用電機(jī)的正轉(zhuǎn)模擬被子往嬰幼兒頭的方向移動(dòng)，設(shè)置電機(jī)正轉(zhuǎn)達(dá)到一定圈數(shù)則判斷嬰幼兒即將有捂被子的風(fēng)險(xiǎn)，提醒家長(zhǎng)前往處理;用電機(jī)的反轉(zhuǎn)模擬被子往嬰幼兒腳的方向移動(dòng)，設(shè)置電機(jī)反轉(zhuǎn)達(dá)到一定圈數(shù)則判斷被子已經(jīng)被嬰幼兒蹬開，提醒家長(zhǎng)前往處理;即時(shí)顯示當(dāng)前房間溫度。

本系統(tǒng)的信號(hào)采集由NI MyDAQ采集卡完成。傳感器檢測(cè)到的信號(hào)根據(jù)信號(hào)類型的不同，接入NI MyDAQ采集卡對(duì)應(yīng)的采集端口，NI MyDAQ采集卡采集到信號(hào)后通過(guò)USB數(shù)據(jù)線傳送到計(jì)算機(jī)，完成本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集功能。

本系統(tǒng)的可視化控制界面是指利用NI LabVIEW軟件設(shè)計(jì)一個(gè)控制界面，通過(guò)編寫程序把NI MyDAQ采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在控制界面上顯示，實(shí)現(xiàn)了代表不同環(huán)境狀態(tài)的傳感器信號(hào)的讀取、處理和控制。

2? 育嬰監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件電路的實(shí)現(xiàn)

育嬰監(jiān)控系統(tǒng)由檢測(cè)電路、信號(hào)采集和可視化控制界面三大模塊組成，電路原理框圖如圖2所示：

傳感檢測(cè)電路信號(hào)不需要經(jīng)過(guò)中央處理器（一般采用單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行處理）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在本系統(tǒng)中，傳感信號(hào)被信號(hào)采集卡NI MyDAQ采集并輸入計(jì)算機(jī)，利用NI LabVIEW軟件后臺(tái)程序編寫，對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)系統(tǒng)要求繪制可視化界面，結(jié)合程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。硬件電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

潮濕傳感電路：當(dāng)嬰幼兒尿床，尿液會(huì)造成“回型”銅模短路，由IC5D及周圍元器件產(chǎn)生的諧振信號(hào)進(jìn)入IC5A、IC5B組成的斯密特整形電路及IC5C組成的遲滯電路，并在IC5C第10腳輸出一個(gè)高電平，令三極管Q4導(dǎo)通，指示燈LED4亮，VOUT4輸出一個(gè)低電平信號(hào)，表示潮濕傳感電路檢測(cè)到有尿濕現(xiàn)象。

聲音感應(yīng)電路：當(dāng)嬰幼兒哭鬧時(shí)，聲音信號(hào)進(jìn)入麥克風(fēng)MK1轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)VT3放大輸出，令VT1導(dǎo)通，NE555芯片第2腳電壓從接近電源電壓下降到小于1/3電源電壓，觸發(fā)NE555芯片第3腳輸出高電平，聲音信號(hào)指示燈LED2亮，VT2導(dǎo)通，并輸出一個(gè)低電平信號(hào)，代表有嬰幼兒在哭鬧。

震動(dòng)感應(yīng)電路：當(dāng)震動(dòng)傳感器檢測(cè)到震動(dòng)信號(hào)時(shí)，VOUT4輸出一個(gè)跟震動(dòng)信號(hào)成正比的模擬信號(hào)。

溫度傳感電路：溫度傳感器PT100把環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)由IC1A及周圍元器件組成的運(yùn)算放大電路放大輸出，輸出的信號(hào)是一個(gè)模擬量。

直流電機(jī)控制電路：用直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)模擬嬰幼兒捂被子的行為，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)模擬嬰幼兒蹬被子的行為;通過(guò)檢測(cè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)判斷被子移動(dòng)方向，電機(jī)上安裝霍爾傳感器，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)，當(dāng)次數(shù)達(dá)到設(shè)定值，代表被子已經(jīng)滑落，或者被子有捂住嬰幼兒臉的風(fēng)險(xiǎn)。

NI MyDAQ數(shù)據(jù)采集端口：根據(jù)傳感信號(hào)的類型不同，接入不同的采集端口，信號(hào)主要區(qū)分?jǐn)?shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)、差分信號(hào)。

2.2 可視化界面的設(shè)計(jì)及程序框圖編寫

本系統(tǒng)采用NI LabVIEW軟件進(jìn)行可視化界面的設(shè)計(jì)及程序框圖編寫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。NI LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司開發(fā)的一種圖形化的編程語(yǔ)言，分為前面板窗口及程序框圖窗口，其中前面板窗口是圖形用戶界面，相當(dāng)于實(shí)際儀器的控制面板，它將用戶和程序聯(lián)系起來(lái)，是程序運(yùn)行時(shí)顯示和輸入的交互窗口。

2.2.1 可視化界面的設(shè)計(jì)

在前面板進(jìn)行用戶界面的設(shè)計(jì)，如圖4所示。

4個(gè)布爾指示燈分別指示尿床、滾下床、蹬被子、哭鬧4種情況，喇叭形狀的指示燈是捂被子的信號(hào)燈，采用不同的布爾模式意在強(qiáng)調(diào)該情況比較危險(xiǎn)和緊急，溫度計(jì)實(shí)時(shí)顯示嬰幼兒房間的溫度。6種情況在設(shè)定合理的范圍內(nèi)，當(dāng)前狀態(tài)顯示：正常，同時(shí)布爾燈不亮，處于棕色狀態(tài)（顏色可以在界面設(shè)計(jì)時(shí)修改）;當(dāng)任意一種情況發(fā)生異常，對(duì)應(yīng)的布爾燈亮紅燈，同時(shí)當(dāng)前狀態(tài)項(xiàng)顯示：警告（當(dāng)前狀態(tài)顯示字體可通過(guò)程序編寫）;當(dāng)溫度超出設(shè)定的最高溫度27°C時(shí)，當(dāng)前狀態(tài)將顯示：房間溫度過(guò)高。

2.2.2 程序框圖編寫及實(shí)現(xiàn)

程序框圖的主要任務(wù)是對(duì)采集卡輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、分離，再對(duì)分離后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，控制前面板界面的顯示。如圖5所示。

DAQ助手、DAQ助手3讀取端口數(shù)據(jù)，通過(guò)索引數(shù)組分離出不同端口的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，前面板控制界面的布爾燈亮滅、溫度計(jì)顯示及當(dāng)前狀態(tài)文字顯示。其中，索引數(shù)組分離不同端口的信號(hào)，條件結(jié)構(gòu)是用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)滿足設(shè)定條件，則在“真”分支里輸出對(duì)應(yīng)指示，當(dāng)條件不滿足時(shí)，則在“假”分支里輸出相反的指示，與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖一致。

3? 育嬰監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)試

本系統(tǒng)的硬件電路采用亞龍公司生產(chǎn)的LY-292模塊電路搭建測(cè)試，如圖6所示。

尿床測(cè)試：把水滴在潮濕傳感器上，可視化界面的尿床指示燈亮，當(dāng)前狀態(tài)顯示：報(bào)警。測(cè)試通過(guò)。

嬰幼兒哭鬧測(cè)試：對(duì)著聲音傳感器發(fā)出聲音時(shí)，可視化界面的哭鬧指示燈亮，當(dāng)前狀態(tài)顯示：報(bào)警。測(cè)試通過(guò)。

滾下床測(cè)試：敲動(dòng)震動(dòng)傳感器，可視化界面的滾下床指示燈亮，當(dāng)前狀態(tài)顯示：報(bào)警。測(cè)試通過(guò)。

捂被子及蹬被子測(cè)試：同時(shí)按下直流電機(jī)啟動(dòng)及正轉(zhuǎn)控制按鈕，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間后，捂被子指示燈亮，當(dāng)前狀態(tài)顯示：報(bào)警;同時(shí)按下直流電機(jī)啟動(dòng)及反轉(zhuǎn)控制按鈕，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間后，蹬被子指示燈亮，當(dāng)前狀態(tài)顯示：報(bào)警。測(cè)試通過(guò)。

溫度測(cè)試：測(cè)試環(huán)境溫度小于20℃，可視化界面的溫度計(jì)正確顯示當(dāng)前環(huán)境溫度;用加熱后的電烙鐵靠近PT100測(cè)溫電阻，可視化界面的溫度計(jì)隨著時(shí)間上升，高于27℃后，當(dāng)前狀態(tài)顯示：房間溫度過(guò)高。測(cè)試通過(guò)。

4? 育嬰監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)對(duì)中職電子信息技術(shù)專業(yè)教學(xué)的延伸意義

電子技術(shù)是中職電子信息技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科，同時(shí)也是相關(guān)電類專業(yè)，如網(wǎng)絡(luò)安防、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等專業(yè)的硬件電路支撐學(xué)科，學(xué)好電子技術(shù)這門課，在專業(yè)方向選擇上可以向網(wǎng)絡(luò)安防、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等專業(yè)延伸，因此學(xué)好電子技術(shù)具有重要意義。

但目前電子技術(shù)課在中職教學(xué)中面臨瓶頸，主要原因有：（1）電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難，導(dǎo)致他們學(xué)習(xí)積極性不高，興趣不濃;（2）電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及方式比較傳統(tǒng)，跟不上當(dāng)前電子技術(shù)行業(yè)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的認(rèn)識(shí)具有局限性，學(xué)校對(duì)電子類學(xué)生的培養(yǎng)方向也具有局限性。

采用模塊化電路搭建設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)任務(wù)，讓電子電路通過(guò)不同組合實(shí)現(xiàn)不同的功能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的應(yīng)用能力，有利于“任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”、“做中學(xué)教學(xué)法”、“以學(xué)生為中心教學(xué)法”、“反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法”等綜合應(yīng)用在電子電路課堂教學(xué)，有利于信息化教學(xué)法在電子技術(shù)課堂上應(yīng)用，從而豐富教學(xué)手段;采用NI LabVIEW軟件進(jìn)行可視化界面的設(shè)計(jì)及程序框圖編寫，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與硬件電路的通訊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)讀取硬件電路信息及控制硬件電路工作，融入新的教學(xué)內(nèi)容，豐富了電子技術(shù)的教學(xué)模式，讓傳統(tǒng)電子技術(shù)教學(xué)新穎起來(lái)。

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