便攜嬰兒看護系統

摘 要：根據物聯網系統架構，將本文的便攜嬰兒看護系統劃分為三層：感知層、網絡層、應用層。系統采用高清攝像頭對嬰兒實時視頻采集，以觀察嬰兒整體情況；采用尿濕檢測和哭聲檢測觸發聲光報警裝置，報警裝置采用nRF24L01[1]通信。系統采用集成化設計，具有便攜性，且實現低功耗。

關鍵詞：物聯網；嬰兒看護系統；視頻采集；低功耗

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）07-0192-03

Abstract：According to the system structure of the internet of things，the portable baby care system is divided into three levels：the perception layer，the network layer and the application layer. The system uses HD cameras to collect real-time video of babies to observe the overall situation of infants. The sound and light alarm device is triggered by urine wetness detection and crying detection，and the alarm device adopts nRF24L01[1]communication. The system adopts integrated design，portability and low power consumption.

Keywords：internet of things；baby care system；video capture；low power consumption

0 引 言

在工作和生活節奏日益緊張的當今社會，女性往往要兼顧工作和家庭，尤其是初為人母的媽媽們，既要照顧嬰兒，還要料理家務，往往會手忙腳亂。然而嬰兒一天中的大部分時間都處在睡眠狀態中，如何對其進行睡眠監護，如何解決尿濕檢測問題一直困擾著忙碌的新媽媽們。本文設計的嬰兒看護系統采用WiFi實時視頻傳輸，具有傳輸距離長，反應迅速，可直接入互聯網的特性，能有效地拓寬其起作用的范圍，為新媽媽們解決了上述困擾。

1 系統硬件設計

本文設計的多功能智能看護系統主要包括10個部分：存儲模塊、主控制器、溫濕度傳感器、攝像頭模塊、供電模塊、終端顯示、WiFi模塊、Android手機客戶端、暖奶器以及聲光報警模塊等。將各個部分結合起來，構成一個穩定的系統，系統的結構框圖如圖1所示。

檢測和數據傳輸系統圍繞著STM32F407最小系統構成，檢測和數據傳輸部分由攝像頭視頻采集模塊，存儲模塊，溫濕度傳感器模塊，踢被檢測模塊，啼哭檢測模塊，聲光報警模塊，主控制器等組成。

1.1 攝像頭視頻采集模塊

為了讓家長能對嬰兒發生問題時的情況有一個直觀的了解，我們在設計上加入實時監控系統以監護嬰兒的行為。攝像頭模塊ATK-OV2640-V1.2是ALIENTEK推出的一款200W像素高清攝像頭模塊。該模塊采用OmniVision公司生產的一顆1/4寸的CMOS UXGA（1632*1232）圖像傳感器-OV2640。ATK-OV2640模塊采用該OV2640感器作為核心部件，集成有源晶振和LDO，接口簡單，使用非常方便。其電路如圖2所示。

1.2 存儲模塊

存儲功能的主要功能是存儲視頻數據和傳感器數據。其電路如圖3所示。

1.3 WiFi模塊

WiFi模塊的功能是關聯路由器和主控制器，將采集到的圖像數據傳輸給路由器，路由器再將這些數據傳輸給手機端和個人PC端。WiFi模塊要完成視頻數據的傳輸，需要較高的數據流，所以我們選擇SPI轉WiFi模塊，傳輸速率大概在串口轉WiFi的幾倍以上，大大提高了視頻的流暢度。我們選擇采用臺灣環隆電氣股份有限公司（USI）生產的WM-G-MR-9模塊，工作流程圖如圖4所示。

1.4 主控制器

主控制器的功能主要是負責采集圖像數據和收集溫濕度傳感器的數據，并將采集到的溫度和濕度數據通過數模轉換后，顯示在TFT屏上。攝像頭采集到的圖像數據通過SPI轉Wifi模塊發送給路由器，再由路由器發送給PC手機端。主控制器采用STM32F407ZGT6，STM32F407ZGT6系列是基于高性能的ARM?CortexTM-M4的32位RISC內核，工作頻率高達168 MHz。Cortex-M4核心功能是支持所有的ARM單精度數據處理指令和數據類型的單精度浮點單元（FPU）。

1.5 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器主要功能是感知外界溫度和濕度，并將采集到的數據通過串口發送給單片機。HTU21D溫度和濕度傳感器[2]為OEM應用提供一個準確可靠的溫濕度測量數據。通過一個微控制器接口與模塊連接達到溫度和濕度數字輸出。HTU21D小體積低功耗的特點專為應對設備空間狹小和成品敏感的應用設計。其電路圖如圖5所示。

2 Android客戶端

手機客戶端采用安卓環境，Android不存在任何阻礙移動產業創新的專有權障礙，是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件開發平臺[3]。

手機客戶端的作用主要是接收來自路由器的視頻數據，并將其播放出來。這是視頻監控中最重要的部分。當用戶打開視頻監控軟件后，系統將通過網絡發送命令給服務器[4]，并馬上創建一個視頻數據處理的線程直到用戶關閉連接。該線程流程如圖6所示。

3 結 論

經過論證，系統能達到設計所需的要求。具有很高的實用價值。在實際應用中能將監護視頻傳輸到互聯網并實時查看。溫度檢測，濕度檢測，聲光報警工作正常，系統容錯率較高。創新在于監護系統遠距離實時視頻和溫濕度檢測。

便攜嬰兒看護系統聚焦于幼嬰的成長與教育，意義在于釋放父母的雙手，著眼于孩子的健康成長，在不遠的將來，隨著物聯網和通信技術的飛速發展，此便攜嬰兒看護系統方案具有重大的意義。

參考文獻：

[1] 王婷婷，袁媛，潘曉暉.基于MSP430的嬰兒睡眠監護系統 [J].電子設計工程，2014，22（9）：65-68.

[2] Graham pitcher. MCUs follow M4 [J].New Electronics，2011.

[3] 張鑫鋒.嵌入式多媒體終端的WiFi功能研究與設計 [D].上海：華東師范大學，2009.

[4] 陳金鳳.一種基于Android的視頻監控系統的設計與實現 [D].上海：上海交通大學，2012.

作者簡介：周祖華（1993.11-），男，土家族，湖北建始人，電子信息科學與技術系學生。通訊作者：徐建（1981.10-），男，漢族，湖北恩施人，博士，副教授。研究方向：嵌入式與智能控制方面。