胡 習(xí)

（安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232000）

0 引 言

現(xiàn)如今中國步入后工業(yè)化時代，人們在享受社會發(fā)展成果的同時，也開始深刻認識到環(huán)境污染所造成的嚴重后果。日益嚴重的環(huán)境污染問題（尤其是頻頻發(fā)生的霧霾天氣）已經(jīng)引起了公眾對空氣污染的恐懼，也在很大程度上促進了各種類型空氣凈化器的發(fā)展?，F(xiàn)如今車載空氣凈化器非常流行，車載空氣凈化器在很大程度上改善了私家車內(nèi)部的環(huán)境。目前，也有一些大型商家推出嬰兒房空氣凈化器，如三星、松下等，但市面上還沒有適合嬰幼兒外出時的嬰兒車。實際上，嬰兒車是最需要安裝空氣凈化器的，空氣環(huán)境監(jiān)測結(jié)果表明，PM2.5等污染物會集聚在空氣流動性差、距地面1.0 m以下高度的區(qū)域，而嬰兒車的高度正處于PM2.5濃度最高的區(qū)域[1]，因此在嬰兒車內(nèi)的嬰孩比成年人更容易受到空氣的污染。面對這一嚴峻問題，雖然沒法從根本上解決問題，但可以在嬰兒車上安裝一款新型空氣凈化器，用以減輕孩子外出時所受到的外界惡劣環(huán)境的影響。

本次設(shè)計采用微控制器STM32系列單片機作為嬰兒車的控制核心，采用溫濕度傳感器、光照度傳感器、PM2.5檢測儀來檢測嬰兒車附近的環(huán)境信息以及空氣質(zhì)量，之后將采集的數(shù)據(jù)上傳至微控制器，進而控制遮陽棚和智能凈化器。

1 總體方案設(shè)計

本次設(shè)計由傳感器模塊、電源模塊、凈化模塊、通信模塊、顯示模塊五個模塊構(gòu)成，總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

本次設(shè)計選用的微控制器是STM32F103單片機，此微控制器是智能嬰兒車的核心控制器件。STM32F103單片機采用的內(nèi)核為RM Cortex-M3，其特點是成本較低、集成度較高、功耗較低等，時鐘頻率可以達到72 MHz，內(nèi)置512 KB內(nèi)存，能夠存放程序和閃存的存儲器。該控制器滿足高性能、低功耗、低成本于一體的要求，保持了高度的集成性能和簡易的開發(fā)性能。

2 硬件設(shè)計

2.1 傳感器模塊

（1）溫濕度傳感器：本次設(shè)計檢測嬰兒車溫濕度的是DHT11溫濕度傳感器。此傳感器輸出的溫濕度是已校準的數(shù)字信號，通過采用數(shù)字模塊采集技術(shù)、溫濕度傳感技術(shù)來提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。DHT11濕度傳感器的主要優(yōu)點是測量精確度高、工作原理比較簡單、響應(yīng)快、抗干擾能力強、性價比高、體積小、功耗低。DHT11溫濕度傳感器主要通過檢測嬰兒車周圍環(huán)境的溫濕度值來改變電阻值，獲得相應(yīng)大小的電流，然后由顯示屏顯示，便于家長實時掌握孩子所處環(huán)境的溫濕度信息。電路圖如圖2所示。

圖2 溫濕度傳感器模塊

（2）PM2.5傳感器：本系統(tǒng)選用的是ZPH01-PM2.5粉塵傳感器。ZPH01-PM2.5粉塵傳感器具有靈敏度高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點，其工作原理可概括為采用粒子計數(shù)原理檢測PM2.5濃度，輸出與之相對應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號，能夠檢測出直徑1 μm以上的顆粒物。廠家對該傳感器在出廠時已標定校準、內(nèi)置加熱器，可以實現(xiàn)空氣的自動吸入的功能[2]。該傳感器的外形較為小巧、重量較輕、安裝維護比較簡單，符合嬰兒車的安裝要求。

（3）光照度傳感器：本系統(tǒng)選用的是BH1750FVI傳感器。該傳感器是一種兩線式串行總線接口的數(shù)字型光照度傳感器集成電路[3]。其工作原理為：分析收集到的光照度數(shù)據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果對液晶或背景燈的亮度進行調(diào)整。該傳感器外圍電路簡單，性能穩(wěn)定，利用高分辨率可以探測較大范圍的光照度變化；同時，支持I2C數(shù)字接口以及兩個I2C地址，接近視覺靈敏度的光譜靈敏度特性，并且通過降低功率實現(xiàn)低電流化，適用于智能嬰兒車傳感網(wǎng)絡(luò)。

2.2 電源模塊

電源供電模塊采用1 200 mA·h的可充電電池。該電池能夠為傳感器模塊和微控制器模塊提供穩(wěn)定的電壓和電流。同時，用戶可以根據(jù)OLED顯示屏了解剩余電量的情況，當系統(tǒng)電量不足時，能夠及時提示使用者進行充電操作。

2.3 凈化模塊

本系統(tǒng)選用采用負氧離子技術(shù)的凈化模塊。工作原理為：負離子是通過電擊作用，將原子分解為正負離子，負離子多為OH-，由于負離子的不穩(wěn)定性，很容易與空氣中的大分子污染物結(jié)合，直至無電荷后沉降，以達到凈化的作用[4]。簡單來說，它就是大氣中本來具備的負性離子受到外界作用（如紫外線的照射、雨花分解等）脫離出原有的軌道，來到人們的面前。

負氧離子空氣凈化器不僅具有良好的生物活性，還能還原由大氣污染物質(zhì)產(chǎn)生的活性氧，這能夠讓人保持頭腦清新、呼吸舒暢和爽快，同時增加了抗菌能力，改善了睡眠質(zhì)量。

2.4 通信模塊

無線通信模塊選用ZigBee無線傳感技術(shù)。ZigBee技術(shù)是一種低功耗、低成本的雙向短距離無線通信技術(shù)。本系統(tǒng)的通信模塊選用CC2530芯片，CC2530芯片控制著整個系統(tǒng)的外圍電路，能夠擴展通信距離，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適用于多種應(yīng)用場景。

2.5 顯示模塊

顯示模塊選用的是液晶顯示屏，用于顯示傳感器獲取的各種環(huán)境信息，如溫濕度、PM2.5濃度、光照度，可以讓家長方便觀察孩子所處位置的具體環(huán)境信息，查看傳感器采集的數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)等。

3 功能測試及結(jié)果分析

本系統(tǒng)由STM32系列單片機進行控制并處理來自傳感器檢測到的各種數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)對智能嬰兒車周圍環(huán)境的監(jiān)測以及對空氣凈化器的控制。經(jīng)過測試，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能：

（1）監(jiān)測嬰兒車周圍的環(huán)境參數(shù)，并將采集到的數(shù)據(jù)實時顯示在顯示屏上，讓家長實時了解周圍環(huán)境狀況。

（2）家長可以根據(jù)傳感器檢測到的溫度值，適當?shù)亟o孩子增減衣服，避免溫度值變化較大引起孩子的身體不適。

（3）當光照度高于設(shè)定值時，車罩制動放下；當光照度低于設(shè)定值時，車罩制動升起。

（4）當檢測到的PM2.5濃度超過設(shè)定值時，該系統(tǒng)就會控制執(zhí)行機構(gòu)，開啟凈化器，為孩子提供一個相對清新的空氣環(huán)境。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計一種基于STM32的智能嬰兒車遠程監(jiān)控系統(tǒng)，STM32為控制中心，輔以檢測溫濕度、光照度、PM2.5濃度的傳感器以及顯示屏，讓家長可以隨時觀察孩子所處位置的具體環(huán)境信息，同時借助空氣凈化器來為孩子提供一個相對清新的空氣環(huán)境。