基于ARM芯片的智能嬰兒床的系統設計

陶騰 蘇樂 譚傳明 楊輝春 李遠航 西北民族大學 電氣工程學院

引言

在當今社會，大部分家庭面臨著工作與孩子的壓力，嬰兒床成為了減輕家庭壓力的一個工具。傳統嬰兒床，可以為父母帶來方便，但還是有很大的局限性，只能給嬰兒提供一個基本的睡眠環境，功能過于單一。

1 總體設計

根據需求，設計了此款智能嬰兒床，以普通嬰兒床為基礎，進行二次開發。本項目選用STM32系列單片機作為處理芯片，并且搭配濕度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、空氣質量傳感器等環境傳感器對環境進行檢測，運用舵機控制床的搖晃，采用聲控傳感器、通訊模塊以及攝像頭搭配使用對嬰兒生活狀態進行檢測。

將嬰兒床智能化一個核心的是對其環境實時監測，孩子睡著后，家長可以放心的去做另外的事，并且還能隨時看到自己孩子的狀況。在本文主要是是對圖像傳輸進行介紹。

圖1 圖像傳輸設計框圖

2 方案設計

圖像傳輸可以分為有線傳輸與無線傳輸。在過去雖然有線傳輸的速率相比無線傳輸有著巨大的優勢，但是需要布線，這一特性大大限制了在許多場景的應用，而便捷性正是無線傳輸的優點。隨著無線傳輸技術在近些年的快速發展，其中較為主流的有WiFi、ZigBee、紅外傳輸、短距通訊及藍牙技術等，這些在生活中也是應用范圍十分寬廣，也有各自的特點，有自己的優勢，符合不同的情景。其中WiFi、ZigBee及藍牙技術都是頻率在2.4GHz，是國家開放的免費頻段無線傳輸技術，都是主流無線傳輸的技術。

根據嬰兒床的使用場景，是對嬰兒生活進行監測，根據ZigBee技術并大部分處于休眠狀態及低速率等特性，并不適合在實時監測方面，藍牙技術與WiFi技術雖然都可以滿足需求，但是根據家庭情況，家中始終有WiFi覆蓋，覆蓋性高，及對安全性要求不高，并且支持WiFi的設備非常普遍，使用頻率也極高。最終選擇了使用WiFi技術對圖像進行傳輸。

3 主要硬件設計

(1）采用ATK-0V2640攝像頭模塊對圖像進行采集。該模塊具有高靈敏度、高靈活性等特點。并且可支持曝光、白平衡、色度、飽和度、對比度等眾多參數設置，可以滿足不同場合需求。

(2）用了ATK-RM04模塊負責WiFi傳送。該模塊是一款UART-ETH-WIFI模塊，采用串口與MCU通信，內置TCP/IP協議，能夠實現用戶串口、以太網、WiFi 3個接口之間的轉換。

圖2 硬件框圖

4 軟件設計

軟件部分的編程基于MDK軟件，使用C語言編寫，使用簡單，易于調試。程序主要分為三個部分編寫，以STM32主控部分為核心，搭配圖像采集部分、和WiFi通訊部分。程序首先對端口、時鐘等初始化，然后攝像頭對圖像采集，接著將采集到的數據經過單片機處理，通過WiFi傳輸部分發送至相應上位機，即可在上位機上觀看到圖像。

5 實驗結果

制作結束，對該設計進行測試。首先打開電源開關，使系統上電，攝像頭及WiFi模塊指示燈亮，表示初始化完成，手機連接上指定WiFi，在手機的上位機觀察到攝像頭前的景象，移動攝像頭，圖像隨著攝像頭的移動做出相應變化。實驗結果表示，基本完成目標。

6 不足及展望

本設計雖然基本達到預期目標，但有一些不足，有待改進與完善。

(1)攝像頭是微型低功耗的，受清晰度和廣度的影響，只能滿足一般對視頻要求不高的場合。

(2)本系統只完成了圖像傳輸的基本功能，未能實現對其他硬件進行控制。