基于物聯網技術的智能嬰兒車的設計

王傳友 賀一軒

摘 要：智能家居逐漸走進人們的生活，并給大家的生活帶來越來越多的便利，越來越被大家所喜愛。在此背景環境下，新型嬰兒床越來越引起大家的關注。文中智能嬰兒車采用嵌入式設計，將最新的STM32F104單片機作為控制核心，協調檢測、信息傳輸、智能安撫等各個模塊。檢測模塊包含尿濕檢測、溫度檢測、噪音檢測、氣體檢測、障礙物檢測。信息傳輸模塊利用GPRS將檢測結果發送至相關手機用戶。智能安撫模塊可針對檢測模塊檢測出的嬰兒周邊環境和具體狀態進行音樂播放、雨棚自動收放、自動搖籃、障礙物避讓等動作。

關鍵詞：嬰兒車;單片機;傳感器;GSM模塊;數據監測;數據傳輸;智能安撫

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）11-0-02

0 引 言

如今，新型嬰兒車越來越引起大家的關注。當父母因為工作或其他原因不能及時照顧嬰兒時，作為“貼身小管家”，智能嬰兒車會暫時取代父母。當嬰兒開始啼哭恰巧父母又不在身邊時，嬰兒車會走動起來并自動播放音樂。車上的液晶顯示屏實時顯示房間內的溫濕度，父母可隨時掌握房間內的環境狀況。嬰兒尿車時可短信提醒父母，當嬰兒靠近車邊時可電話提醒父母避免嬰兒出現危險。另外，通過網絡攝像機可以和嬰兒聊天，互相看到雙方，并可給嬰兒拍照。

1 總體設計

本文設計以STM32F104單片機為核心，采用嵌入式設計，協調檢測、信息傳輸、智能安撫等各個模塊。

（1）檢測模塊主要包括尿濕檢測、溫度檢測、噪音檢測、氣體檢測、障礙物檢測五方面。通過尿濕檢測可及時了解嬰兒尿濕狀況，以便及時更換尿布;溫度檢測可及時檢測嬰兒周圍溫度以便家長適時增減衣物;噪音檢測可檢測嬰兒啼哭情況，方便看護者暫時不在嬰兒身邊時及時了解嬰兒狀態;氣體檢測可檢測嬰兒周圍空氣狀況，使其免受毒氣危害;障礙物檢測可及時檢測嬰兒車周圍狀況以免嬰兒受到傷害。

（2）信息傳輸模塊利用GPRS將檢測結果發送至相關手機用戶。

（3）智能安撫模塊可針對檢測模塊檢測出的嬰兒周邊環境及具體狀態進行音樂播放、雨棚自動收放、自動搖籃、障礙物避讓等動作。

總體設計如圖1所示。

2 電路設計

2.1 娛樂模塊

娛樂模塊主要由聲音傳感器、光電傳感器、電機驅動模塊以及MP3播放器構成。聲音傳感器的靈敏度可以調節，用戶可根據不同需求設置適合的靈敏度。聲音傳感器的靈敏度比較高，當采集到嬰兒哭聲時，引起駐極體話筒的震動，然后根據震動范圍改變電阻的大小，從而產生相應大小的電流。MP3播放器是高度集中的電路的集合，與傳統電路相比，其將所有電路集成在一塊芯片上，內置過濾電路，從而保證播放音樂的質量。MP3播放器提供了一個USB接口，用戶可根據自己的喜好選擇合適的音樂。光電傳感器的主要作用是檢測預先設定路線的軌跡，以控制嬰兒車前進的方向，配合電機驅動模塊來驅動電機從而達到娛樂的目的。

娛樂模塊將聲音傳感器接到單片機的P1^0口，電機驅動的IT0，IT1，IT2，IT3四根線分別連接單片機的P1^1～P1^4口。當聲音傳感器檢測到嬰兒哭聲時，聲音傳感器輸送一個低電平至單片機，并通過MCU進行判斷，若確定是嬰兒的哭聲，單片機控制繼電器MP3播放器播放音樂，同時單片機通過給P1^1～P1^4賦值0和1來控制電機的轉動。嬰兒車下面的黑白線傳感器通過檢測黑線的有無輸出高低電平，確保嬰兒車按照預定的路線前進。MP3原理如圖2所示。

娛樂模塊的主要作用是利用聲音傳感器檢測嬰兒哭聲，發送電信號至單片機，再通過單片機進行判斷。上面的旋位按鈕可調節傳感器的靈敏度，根據不同需求適當調節靈敏度的范圍。由于嬰兒的哭聲和其他聲音的震動頻率不同，因此可根據對應的頻率判斷是否是嬰兒的哭聲。若確定是嬰兒哭聲，單片機則會控制MP3播放器播放音樂。MP3播放器上有一個USB接口，可用來插U盤或其他存儲硬件，利于父母為孩子訂制自己喜歡的音樂。播放音樂的同時，車會自動走動起來，由于車身下面安裝有3個光電傳感器，因此會按照預先設定的路線走動，相比傳統的搖籃嬰兒車，其最大優勢是防止搖動角度過大對嬰兒造成傷害，使安撫嬰兒的效果達到最佳。

2.2 環境檢測模塊

溫濕度檢測模塊主要由DHT11溫濕度傳感器和液晶顯示模塊構成。DHT11溫濕度傳感器的主要優點是測量精確度高，工作原理比較簡單，主要通過檢測室內的溫濕度值來改變電阻值，獲得相應大小的電流，然后由液晶顯示器進行顯示，便于隨時掌握室內的溫濕度。

溫濕度傳感器的使能端與單片機P1^5口連接，實時檢測嬰兒車內的溫濕度，然后由1602液晶顯示器進行顯示，方便實時了解嬰兒車內的溫濕度。溫濕度檢測模塊如圖3所示。

2.3 GSM報警模塊

報警模塊主要由GSM模塊、光電傳感器、溫濕度傳感器構成。當布置于嬰兒車四周圍欄上的光電傳感器檢測到嬰兒靠近車邊時，傳感器發送電平信號給單片機，單片機控制GSM給父母的手機打電話提醒父母，避免嬰兒掉出車外。車身下面安裝有濕度傳感器，若檢測到嬰兒尿車了，濕度傳感器則同樣會給單片機發送電平信號，然后由單片機控制GSM給父母發送短信提醒父母。GSM模塊有開啟和關閉兩種工作模式，可手動控制。當GSM模塊給父母發送短信或打完電話后，父母需要重新啟動GSM模塊才可繼續工作，避免了持續給父母發短信或者打電話。當GSM模塊處于關閉狀態時，即使上面兩種情況發生，GSM也不會進入工作狀態，從而更加方便父母照顧嬰兒。報警模塊如圖4所示。

2.4 監控模塊

實時監控模塊主要采用HS-733網絡攝像機，使用者可通過軟件登錄給攝像機設置的IP地址，控制攝像機，也可通過手機上的客戶端訪問攝像機IP地址，訪問成功后同樣可對攝像機進行控制，還可通過攝像機跟嬰兒講話，給嬰兒錄像、拍照等。監控模塊如圖5所示。

3 結 語

本文提出了基于物聯網技術的智能嬰兒車的設計，實現了智能嬰兒車應具備的基本功能。娛樂模塊起到了父母不能及時照看嬰兒時娛樂嬰兒的作用;環境檢測模塊提供實時溫濕度，為嬰兒營造更好的環境;報警模塊的實施守護了嬰兒的安全;監控模塊為父母提供了“千里眼”和“順風耳”。各個模塊的設計以協助父母照顧嬰兒為前提，達到“解放父母”的目的。本文設計的智能嬰兒車可靠性高，完全能夠幫助父母照看嬰兒，從而解決父母的壓力，簡單實用，后期維護也較為簡單，具有一定的產品化意義。

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