智能安撫奶嘴的設計與開發

北華大學　劉萌萌　高天澤

智能安撫奶嘴的設計與開發

北華大學劉萌萌高天澤

通過在現有安撫奶嘴的基礎上，通過增加微型數字攝像頭和貼片式紅外線LED，實現對嬰兒的口腔狀況進行成像檢查。數字攝像頭對圖像進行紅外處理得到灰度圖像，并經過圖像數據分析轉換，來測量嬰兒的體溫。將獲得的嬰兒生理參數數據通過藍牙的無線通訊，發送給android 系統移動終端，使得父母能夠在第一時間準確地掌握嬰兒的身體狀況，為現代的父母養育嬰兒提供數據支持，同時在終端增加互動網絡服務，為嬰兒的養育提供顧問服務和必要的產品支持。

智能安撫奶嘴；測溫；Android；智能奶嘴APP

嬰兒時期是人一生中最至關重要的時期之一，但同時也是最脆弱的時期，為了照顧自己的寶貝，父母都操碎了心。智能安撫奶嘴的應用，可以解決嬰幼兒時期患病發熱難以及時檢測和持續監控，容易導致耽誤病情，或易患口腔潰瘍等問題，項目是在普通安撫奶嘴的基礎上增加了溫度監測和口腔檢測兩大主要功能，使孩子在生病時能夠第一時間得到治療。同時在軟件端提供更深層次的服務，對體溫數據進行分析和存儲，方便以后就醫診斷時作參考，并提供專業性護嬰貼士，嬰兒安撫音樂播放，以及用戶育兒心得、奶嘴查找等功能，為家長們照料孩子以及嬰幼兒健康提供貼心、便捷、專業性的服務。

本課題主要為將智能化融入生活，方便父母照顧嬰幼兒，在傳統安撫奶嘴的基礎上設計更貼合嬰兒口腔發育的安撫奶嘴，其奶嘴膠頭采用了無毒環保、舒適耐用的液體硅膠材料，可隨時配套更換。膠頭形狀選擇勺子狀設計風格，既美觀又可以起到促進牙齒發育，保護口腔的作用。智能化體溫檢測監控，口腔狀況檢測，可將孩子的體溫信息、口腔情況同步到移動終端軟件方便用戶記錄和瀏覽。在軟件端內置護嬰提示和推送，嬰兒安撫音樂播放庫，奶嘴尋找等功能，為用戶體驗和分享提供更專業性的平臺和服務。利用微型傳感器等元件，來采集數據以及圖像，并傳送給軟件端，軟件端將信息處理并反饋，方便對嬰幼兒健康狀況進行有效監測。

圖1　總體功能的結構設計

如1圖所示：在父母需要的時候，手機客戶端發出采集指令，指令通過藍牙無線信號傳遞給采集硬件環境。攝像頭將采集到的圖像暫存在內存中，通過嵌入式開發系統，開發基本圖像處理算法，在嵌入式環境的內存中對圖像進行處理：（1）如果需要觀察口腔內部，則將采集到的圖像數據以多幀形式，發送給手機終端，供參考使用；（2）溫度測量值，通過自主開發圖像分析軟件，對內存中的圖像進行分析，計算獲得當前的體溫數據，將數據傳遞給手機終端供參考使用。

Web服務器提供給父母附加的服務支持，例如嬰幼兒養育知識、常見疾病的預防、日常生活指南、父母幫扶互助等功能。后期還可加入嬰幼兒產品的推廣和營銷等。

因此，本產品中的主要技術分為3大部分：（1）嵌入式硬件前端，包括嵌入式的硬件環境和嵌入式軟件環境；（2）手機終端應用APP軟件，包括android端和IOS端；（3）Web服務器端的開發，包括數據庫的選擇、服務器的假設、管理功能開發等等。

1.智能安撫奶嘴硬件環境設計

（1）材質方面

奶嘴膠頭采用了無毒環保、舒適耐用的液體硅膠材料，可隨時更換。膠頭設計為勺子狀，可以起到促進牙齒發育，保護口腔的作用。

（2）口腔情況查看

用戶啟動智能奶嘴后，選擇口腔情況查看，利用奶嘴內微型數字攝像頭和貼片式紅外線LED對口腔內部進行圖像信息的采集，通過單片機對數據進行處理后傳給藍牙，由藍牙傳輸到移動終端，實現對嬰兒口腔狀況的成像檢查。

（3）體溫檢測和監控

用戶在軟件端開啟體溫檢測和監控功能，通過數字圖像處理技術處理口腔的圖象，實現對嬰兒體溫的非接觸式測量。

（4）智能尋找奶嘴

智能安撫奶嘴內置音樂芯片，當用戶發現丟失奶嘴，可以打開“尋找奶嘴功能”，通過音樂芯片的播放，可以確定大致位置。

（5）奶嘴“硬件部分”安全性

安全性問題可以通過以下兩點解決：①對電路板進行灌膠或者掛膠，密閉電路部分；②奶嘴做成一體成型的奶嘴，只在主要部分留有接口空間。

圖2　智能奶嘴硬件結構圖

根據系統需求，硬件環境建設中擬采用嵌入式開發技術。（1）攝像頭采用小型針孔式數字攝像頭，采集的圖像為256級灰度圖象，利用攝像頭具有部分紅外成像的能力，加入紅外照明系統，加強在口腔內清晰成像的能力，攝像頭及紅外照明直接焊接在電路板上；（2）CPU選取ARM系列，小規模和小尺寸系列，由于本系統對計算的實時性要求不高，CPU尺寸指標為主要參考指標；（3）arm系列CPU自帶內存基本滿足系統的需要，根據實際的需求，可以適當擴展內存；（4）藍牙模塊選用標準藍牙通訊模塊，重點注意電壓和尺寸。不需要外存和其他系統接口，電路系統近兩簡化。

硬件開發環境：采用嵌入式Linux作為該嵌入式環境的軟件開發系統，其具備規模小、易于上手，便于調試的優點。通過嵌入式開發系統，開發功能強大的硬件軟件環境，可以綜合控制圖像的采集、照明開關、藍牙通信、內存管理等控制功能。同時其可以運行小規模的圖像處理算法，達到在小規模硬件環境下，進行溫度分析和計算的目標。

2.“Baby的吻”移動終端設計

（1）對奶嘴檢測情況的分析處理

移動客戶端對于藍牙傳輸的體溫數據，圖像信息進行分析處理，提供相應護嬰方案，并記錄儲存功能，并有用戶自定義記錄功能，方便以后就醫診斷時將數據記錄作為參考。

（2）嬰幼兒日常照料、護理貼士推送

用戶可以設置開啟護嬰貼士推送功能，每日推送專業的護嬰常識以及疾病預防知識。

（3）嬰幼兒娛樂及分享平臺

軟件內置嬰兒音樂庫播放、知識課堂，心得交流，成長日記等功能、為用戶育嬰提供信息幫助和更加便捷、專業性服務。

3.手機客戶端的開發

手機客戶端的主要功能為：（1）與硬件環境建立連接；（2）系統自檢；（3）控制硬件系統的動作；（4）顯示圖像或者溫度數據；（5）與web服務器互聯，顯示輔助功能信息等。手機客戶端的開發，需要開發兩種環境下的軟件：android和IOS。總體開發過程分別采用各自的開發環境進行。對于硬件環境的控制和通信，通過對藍牙芯片的通信協議的改寫，實現底層控制信息的標準化。在嵌入式軟件和應用軟件之間形成標準的控制信息通道，避免二次重復開發。客戶端的應用軟件功能，采用當前流行的軟件開發架構和模式，進行標準開發，界面優化。

服務器端的開發采用Java結合MySQL數據的形式進行，主要提供通用的數據服務功能。

通過大量的實驗驗證，確定符合實際需要的硬件環境：藍牙模塊的選取、數字攝像頭的選取、開發硬件條件（CPU、內存等）的選取、制板及調試等。通過C、C++ 語言結合數字圖像處理技術，開發基于單片機的圖像存儲、處理技術，在該技術基礎上，實現對數字圖像的采集及傳輸；利用紅外處理后的灰度圖像轉化為熱量數據的算法的研究，通過建立經驗公式進行體溫測定。

利用藍牙通過低帶寬電波實現點對點，或點對多點連接之間的信息交流。將先進的無線、近距離傳輸技術應用于動態監護中，明確藍牙傳輸的數據流限制指標，建立完善的數據通信機制，實現智能奶嘴對傳輸距離、傳輸速度、傳輸數據量的指標要求。通過Eclipse環境結合android手機開發移動智能終端軟件，實現對智能奶嘴硬件的支持和后期數據的采集及處理功能。此外，建立數據庫管理系統，方便對強大的數據流進行處理，傳輸，寄存，從而實現數據的高效利用。接收藍牙傳輸過來的數據，進行分析，得出嬰兒生理狀況。

［1］閻石.數字電子技術基礎（第5版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］康華光.電子技術基礎（數字部分）（第5版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［3］中國集成電路大全編委會.高速CMOS集成電路［M］.北京：國防工業出版社，1995.

［4］孫俊人.新編電子電路大全.第3卷.通用數字電路［M］.北京：中國計量出版社，2001.