嬰兒床智能風扇

穆壹瀾 李芷薇 譚瑤 李巧藝

摘 要：嬰兒床環境的舒適程度直接影響到嬰兒的生活質量，為此文中提出設計一款基于嵌入式技術，以AT89S52為核心的嬰兒床智能風扇。系統采用主輔式結構設計，以數字溫度傳感器AT89S52、電容式濕度傳感器HS1101和超聲波霧化器等器件為輔助，構建基于電扇的嬰兒床環境智能控溫控濕系統，通過藍牙BLE4.0模塊進行實時通信或調控溫濕度，將環境實時溫濕度以顯示屏的方式呈現，選用紅外探測裝置判斷嬰兒是否已經離開嬰兒車。

關鍵詞：AT89S52;智能嬰兒床;DS18B20;藍牙BLE4.0

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）02-0-03

0 引 言

在當下智能化生活的快速發展中，為嬰兒提供更體貼細心的照顧對于初為人母者或者嬰幼兒護士來說很有必要。風扇是夏季不可或缺的降溫工具，雖然傳統風扇在使用時可以對風速進行多個檔位的調節，但必須人為換檔，且傳統嬰兒床功能單一，大大降低了使用舒適度。本文設計了嬰兒床環境智能控溫控濕系統以解決上述問題。

系統采用單片機控制的溫濕度傳感器，用戶可以設定理想的空氣溫濕度值，風扇會根據用戶設定值調節風速以改變環境溫度，超聲波霧化器根據設定值工作以增加空氣濕度，還可顯示實時溫度和濕度。這款智能化控溫控濕系統填補了傳統嬰兒床的空白，讓父母、護士對新生兒的照顧更加細致、簡單。

1 設計方案

該嬰兒床溫控濕控智能風扇采用AT89S52單片機，主要分為幾大硬件模塊，分別為溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、繼電器、超聲波霧化模塊、紅外探測模塊、數碼管及主控板。功能主要通過編程實現。單片機將通過DS18B2模塊收集到的溫度和HS1101模塊[1]收集到的濕度發送給數碼管，顯示當前溫度值和濕度值后作相應處理，并分別與用戶通過藍牙所設定的理想值相比較，再將比較結果傳遞給繼電器，實現高速齒輪、低速齒輪、停止齒輪的切換和超聲波霧化器的控制。將超聲波霧化器通過管道與風扇某端連接，霧氣通過扇葉進入空氣，提高空氣濕度。

2 硬件電路設計

2.1 單片機主控電路

本文采用AT89S52作為主控板。該模板具有可編程FLASH存儲器，256 B RAM及32個I/O口[2]。DS18B20溫度模塊和HS1101濕度模塊分別用于收集嬰兒車的環境溫度和濕度，使用發光二極管顯示實時溫濕度，用戶可以通過藍牙BLE4.0設置環境溫濕度，這些功能均可借助手機和電腦上的APP實現。藍牙通信采用異步收發串行接口（UART）[2]。

主控板AT89S52的空閑模式和掉電保護模式能夠滿足產品的低功耗要求。系統結構框架如圖1所示。

2.1.1 溫度檢測

DS18B20模塊是感測溫度的核心。當該模塊給單片機返回“1”時，表示溫度轉換完成，否則返回“0”。之后單片機對數字作相應處理并輸送給數碼管，顯示當前溫度。DQ端口接P3.3口，具體如圖2所示。

2.1.3 數碼管顯示

數碼管顯示部分由8個普通數碼管、PNP晶體管和電阻器組成。段代碼輸入借助單片機的P0端口，該位被選為P2端口，驅動選用8550三極管。當P0端口用作I/O端口時，需要為每個P0端口加一個10 kΩ的上拉電阻。同時，為了防止燒壞數碼管，選擇在數碼管中添加一個220 Ω的限流電阻。P0端口信號被發送到數碼管顯示器，數字管道通過P2端口選擇，數管執行逐位掃描以顯示當前溫度值。數碼管顯示電路如圖4所示。

2.1.4 藍牙模塊

采用JDY-08 透傳模塊[2]進行藍牙通信，此模塊工作頻段為2.4 GHz，基于藍牙4.0標準協議，選用GFSK調制方式，最遠發射距離為80 m。在本文設計中，模塊的P03，P02分別與單片機上的P3.0，P3.1引腳連接，模塊引腳P00連接到微控制器上的P1.0引腳，用以進行藍牙通信和接收信號[4]。用戶可以查看實時溫度和濕度，并在手機上設置溫度和濕度的上限和下限，或切換到手動模式進行控制。

2.1.5 紅外探測

紅外探測采用對射式光電開關、紅外發射管和紅外接收管配對，通過電路中的光線傳輸可知，當紅外線發射管和接收管被物體遮擋時，電路立即停止工作。以此特性可以判斷是否存在外界干擾。電機控制流程如圖5所示。

2.1.6 繼電器模塊

使用單片機的P1.0～P1.3控制繼電器控制電路。上電默認為智能控溫控濕模式，當風扇通電時，P1.1輸出低電平，011開啟，繼電器K2被拉動，Kl被釋放[1]。單片機將檢測到的溫度（濕度）與用戶設置的上（下）限溫度（濕度）值進行比較，并在P1.2輸出相應電平，再將該信號傳遞給繼電器，繼而驅動風扇或超聲波霧化器工作。按三次S3設置按鈕切換到手動控制。電扇的風速可以通過定時器來控制，通過控制開關來改變。按S4設置鍵按鈕切換回智能模式。繼電器控制電路如圖6所示。

2.2 電源模塊

LM7805集成穩壓器用于為單片機提供5 V電源，220 V

電源經變壓器降壓、整流和濾波后送至LM7805穩壓器。將470 μF和0.1 μF電容連接到輸出以濾除紋波，之后可得到

5 V穩壓電源。

2.3 超聲波霧化加濕器原理

將200萬次/s的超聲波高頻振蕩施加于加濕器上，并將水霧化成超微粒子和1～5 ?m的負氧離子。濕度傳感器將實時檢測到的濕度傳給單片機并處理，之后將信息傳給超聲波智能霧化器進行霧化輸出或停止輸出操作。霧化器與風扇連接，水霧被扇葉帶到空氣中，使空氣被均勻加濕。該裝置主要由加濕霧化片、水箱、安全保護浮子、加濕器底座、大出霧口和調節旋鈕組成。

3 設計思想

MCU重置并檢測DSl8B20。類似地，HS1101模塊執行復位和檢測操作，并將兩組值轉換為七段代碼，以便在數碼管上顯示。將數值通過藍牙BLE4.0發送到用戶手機上，用戶通過手機設置溫濕度上下限。利用顯示子程序實現顯示溫度的功能，在數碼管上逐位顯示溫度和濕度值。用戶可以根據需要設置風速檔的切換和上下限溫濕度值。在執行程序過程中，連續比較、判斷當前溫度、濕度和設定動作溫度、濕度，控制高速和低速齒輪中相應繼電器的拉入和釋放以及超聲波霧化器的操作，以此實時控制風扇速度并改善環境濕度。本文系統還配備有一個紅外探頭，用于檢測出風范圍內是否有人，若無人，則風扇將自動關閉。

4 結 語

本文以AT89S52單片機為核心實現根據溫濕度智能調控風扇的功能，可便捷地通過手機設定溫濕度上下限改善環境溫濕度，為嬰兒提供一個更舒適的環境，使嬰兒免受因溫度過高或過低而引起的傷風感冒，不僅讓家長省心，也能夠讓醫院為嬰兒提供更愜意、舒適的環境。

參 考 文 獻

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