嬰兒手推車一體化智能裝置的設(shè)計

[摘 要]針對目前市面上的嬰兒手推車在安全、娛樂、監(jiān)測等方面的功能欠缺，在構(gòu)建總體框架的基礎(chǔ)上，采用模塊化思想，設(shè)計了一款集安全、娛樂、監(jiān)測為一體的智能裝置，應(yīng)用于嬰兒手推車，可實現(xiàn)人離車鎖、傾覆報警、嬰兒生命體征監(jiān)測和娛樂互動等多種實用功能，為嬰兒的健康成長保駕護航。

[關(guān)鍵詞]嬰兒手推車 智能 安全 監(jiān)測 娛樂

[中圖分類號] TH112 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）012-0120-02

在每個有嬰兒的家庭中，嬰兒手推車已成為年輕父母養(yǎng)育小孩的好幫手，但大人不可能時刻照看嬰兒，若大人離開嬰兒車時寶寶在車內(nèi)亂動，或其它不可預(yù)知的原因，致使手推車快速滑動或劇烈搖晃，有可能導(dǎo)致嬰兒車傾覆，從而威脅到嬰兒的安全。對于幾個月大的嬰兒，經(jīng)常性的大小便常常困擾年輕父母，嬰兒坐在手推車內(nèi)尿濕衣褲后，如果大人不能及時知曉，可能使嬰兒受涼。在小孩學(xué)會走路之前，嬰兒手推車是陪伴他們時間最長的物件，如果嬰兒車有娛樂互動功能，將有益于嬰兒健康成長。然而，目前市面上的嬰兒手推車功能單一，沒有考慮上述關(guān)乎嬰兒安全、尿濕監(jiān)測和益智娛樂等功能。

本文針對上述嬰兒手推車的功能缺陷，設(shè)計一種集安全、娛樂、監(jiān)測為一體的智能裝置，實現(xiàn)車輪自鎖、防傾覆、監(jiān)測體重和尿濕、娛樂互動等多項實用功能，使其更具人性化、智能化。

一、系統(tǒng)框架及硬件選型

為實現(xiàn)人離車鎖、傾覆報警、娛樂應(yīng)答等功能在嬰兒手推車上的綜合應(yīng)用，首先對智能裝置的總體框架進行了構(gòu)建，采用模塊化的設(shè)計思想，利用單片機處理器完成對數(shù)據(jù)的分析處理，最后通過輸出控制實現(xiàn)上述功能。

嬰兒手推車安全監(jiān)控娛樂一體化智能裝置由各類傳感器、信號接收與處理模塊、AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、微處理器數(shù)據(jù)處理及輸出等電路及軟件系統(tǒng)組成。圖1是智能裝置的總體結(jié)構(gòu)框架圖，圖2給出了智能裝置中各傳感器在嬰兒手推車上的安裝位置示意圖。將各傳感器采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到單片微處理器，經(jīng)過單片機處理并輸出控制信息，從而實現(xiàn)嬰兒手推車的自鎖、報警、智能應(yīng)答和生命體征顯示等功能。

智能裝置采用的加速度傳感模塊芯片是MMA7455三軸數(shù)字加速度傳感器，這是一款數(shù)字輸出（I2C/SPI）、低功耗、緊湊型電容式微機械加速度計，具有信號調(diào)理、低通濾波器、溫度補償、自測、可通過中斷引腳（INT1或INT2）檢測0g以及脈沖檢測等功能。可利用MMA7455測量重力加速度，進而計算手推車的傾斜角度。

利用永磁直流測速發(fā)電機對手推車進行測速，測速發(fā)電機是一種把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電信號的機電式元件。它的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。測速發(fā)電機的輸出電壓能表征轉(zhuǎn)速，因而可以用來測量速度。

智能應(yīng)答的語音模塊主要由Sensory公司的集成語音識別芯片RSC-364組成。該芯片是專門為語音控制家電產(chǎn)品而設(shè)計的，外圍輔助器件少，集成了語音識別、語音合成、語音身份識別、錄音回放功能。芯片內(nèi)部采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的語音識別算法，和說話者無關(guān)的語音識別準(zhǔn)確率可達97%，和說話者相關(guān)的語音識別準(zhǔn)確率可達99%。

二、功能模塊原理及設(shè)計

下面對組成一體化智能裝置的人離車鎖模塊、傾覆和高速預(yù)警模塊、娛樂應(yīng)答模塊以及其它模塊的工作原理作詳細介紹。

（一）人離車鎖模塊的設(shè)計

具體實現(xiàn)過程是當(dāng)人手扶到手推車推桿上時，車輪解鎖；當(dāng)人手離開推桿時，車輪上鎖。金屬的推桿相當(dāng)于一個電極構(gòu)成單片出發(fā)開關(guān)，當(dāng)手扶到推桿上時，人體作為天線接收了從空間吸收到的電磁波并通過電極送進電路中，電路是一個高增益的放大電路和觸發(fā)電路，產(chǎn)生中斷信號給單片機，由單片機控制產(chǎn)生一個合適的直流信號，控制電機的運動，推動卡桿撤出輪輻；當(dāng)人手離開推桿時，電路產(chǎn)生另一個中斷，單片機產(chǎn)生一個相反的信號，控制電機向相反方向運動，推動卡桿嵌入輪輻，實現(xiàn)鎖輪。

（二）傾覆和高速預(yù)警模塊的設(shè)計

加速度傳感器在靜止放置時受到重力作用，因此會有1g的重力加速度。利用這個性質(zhì)，通過測量重力加速度在加速度傳感器X軸和Y軸上的分量，可計算出其在垂直平面上的傾斜角度。圖3為平面傾斜角。的計算原理圖，易知α=arctan（Ay/Ay）。利用兩軸加速度傳感器能實現(xiàn)平面傾斜角度的測量，而對空間傾斜角的測量則需使用三軸加速度傳感器，通過X、Y和Z軸的重力分量計算空間傾斜角，公式為α=arctan（■）。同時，永磁直流測速發(fā)電機可以測出嬰兒手推車速度的大小，將計算出的速度v和傾斜角θ傳遞給單片機處理器，一旦這兩個信號中有一個信號值不在規(guī)定允許的范圍內(nèi)，則產(chǎn)生中斷，輸出一交變小信號，經(jīng)過功率放大后，由蜂鳴器產(chǎn)生警報。

（三）智能語音應(yīng)答模塊的設(shè)計

利用芯片RSC-364的P1口進行傳輸和控制命令相應(yīng)的控制碼，語音識別芯片要完成的工作是：把通過MIC輸入的信息進行頻譜分析，提取語音特征，然后與關(guān)鍵詞語列表中的關(guān)鍵詞語進行對比匹配，找出得分最高的詞語作為識別結(jié)果輸出。考慮到嬰兒的詞匯較少，故只對一些簡單的語音進行識別，如嬰兒的啼哭聲、呼喚媽媽的聲音。事先錄制好應(yīng)答語句，一旦語音識別便做出相應(yīng)的回應(yīng)。

（四）其他檢測模塊的設(shè)計

一體化智能裝置還整合了監(jiān)測嬰兒生命體征的模塊，如在嬰兒手推車坐椅上加裝壓力傳感器、在側(cè)壁加裝濕度傳感器等，這些檢測信息傳遞給單片機后，將通過LCD屏顯示出來。顯示電路的連接如下：單片機的P1口與LCD1的連接，為了節(jié)省單片機管腳采用四線連接顯示，LCD的D0-D3位未用，D4-D7位與單片機的P1.4-P1.7相連，E與P1.3相連，R/W與P1.2相連，RS與P1.1相連。

三、結(jié)語

安全娛樂監(jiān)測一體化智能裝置的各部分功能采用模塊化設(shè)計，各個模塊之間獨立性強。主控制部分采用單片機控制，方便系統(tǒng)硬件的升級和二次開發(fā)，利用了現(xiàn)有成熟的傳感技術(shù)和語音識別技術(shù)，實現(xiàn)了在嬰兒手推車上的綜合應(yīng)用，具有簡單、實用、智能等特點。

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[責(zé)任編輯：左 蕓]