基于STM32單片機(jī)的智能尿布貼設(shè)計

劉振翔 趙政春 黃威 肖紹武 熊康靈

摘要：針對嬰幼兒排泄?fàn)顩r的及時檢測具有現(xiàn)實(shí)需求，文章以STM32F103為控制器設(shè)計了一種多功能的尿布貼，實(shí)現(xiàn)溫濕度檢測、語音識別和WIFI通訊等功能。測試結(jié)果表明：系統(tǒng)能精確檢測到被護(hù)理人的排泄情況，實(shí)現(xiàn)實(shí)時報警，具有遠(yuǎn)程通訊、可靠性高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：STM32;傳感器;尿布貼;智能控制

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）33-0114-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 引言

尿布貼是嬰幼兒重要的日用品，目前，市場上尿布貼一般只具有單一的吸濕功能，并不能檢測到寶寶的狀態(tài)，如果排泄過量而沒有及時更換，常常誘發(fā)嬰兒皮膚疾病。因此，設(shè)計一種能監(jiān)測寶寶或特殊人群的排泄?fàn)顩r、體溫及睡眠狀態(tài)的智能化尿布貼有現(xiàn)實(shí)的意義，通過各種傳感器對紙尿褲或者尿布貼的狀態(tài)進(jìn)行分析，將“使用人群”的尿量等狀態(tài)等各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時傳送到監(jiān)護(hù)人的手機(jī)上，手機(jī)會自動提示監(jiān)護(hù)人為“使用人群”更換尿布貼，方便其更好地了解使用者的狀況。

2 設(shè)計方案

整體方案設(shè)計方框圖如圖1所示，系統(tǒng)由主控制子系統(tǒng)和受控從機(jī)子系統(tǒng)組成，主控制子系統(tǒng)由手機(jī)終端構(gòu)成。受控從機(jī)子系統(tǒng)STM32單片機(jī)、DHT11溫濕度檢測模塊、LM368聲音識別模塊、ESP8266WiFi無線通信模塊、電源模塊、按鍵模塊組成。

STM32單片機(jī)通過溫濕度傳感器及聲音傳感器實(shí)現(xiàn)對被監(jiān)測人的睡眠狀態(tài)檢測功能，聲音傳感器檢測被監(jiān)測人是否睡醒、哭鬧，溫濕度傳感器檢測被監(jiān)測人的尿布貼內(nèi)溫濕度的變化情況，WiFi無線通信模塊傳送傳感器的相關(guān)信息至手機(jī)終端，及時對被檢測者的異常情況做出警報。

2.1微型處理器

智能尿布貼采用STM32F103的微型處理器，該芯片是功能強(qiáng)大、高靈活性的多協(xié)議 SOC，該芯片基于配備128KBflash + 64KB RAM的32位ARM? Cortex?M3 CPU而構(gòu)建。支持嵌入式2.4GHz收發(fā)器支持藍(lán)牙低功耗、Wi-Fi及2.4GHz操作。

2.2 WIFI無線通信模塊

系統(tǒng)采用ESP8266WIFI模塊來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線通信，能夠?qū)崟r感知和采集傳感器的信號，以無線電波作為載體實(shí)現(xiàn)對傳感器之間的數(shù)據(jù)通信。該芯片是基于樂鑫信息科技ESP8266芯片而設(shè)計的，具有體積小、集成度高、功耗低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。

2.3溫度檢測模塊

系統(tǒng)采用一種常用于熱感測系統(tǒng)數(shù)字方式傳輸?shù)母呔菵HT11溫濕度傳感器來完成。它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)使其具有極高的可靠性與穩(wěn)定性。

2.4聲音識別模塊

系統(tǒng)采用LM368電路音調(diào)譯碼器，由MIC采集嬰兒哭聲音頻信號，通過兩級集成運(yùn)放電路，將采集到的較弱模擬信號放大為強(qiáng)信號。采用電容濾波電路進(jìn)行濾波，降低噪聲的干擾。將濾波后的信號通過二極管進(jìn)行整形從而得到低頻信號，最后通過比較器將模擬信號轉(zhuǎn)化為聲音持續(xù)時間的數(shù)字信號，從LM368芯片的OUTPUT端口輸出脈沖信號到主控器芯片。

2.5整體外圍電路設(shè)計

文章采用Altium Designer電路設(shè)計軟件，對智能尿布貼進(jìn)行了外圍電路的設(shè)計，其中A為STM32單片機(jī)，B為溫濕度傳感器，C為WiFi通信模塊，D為聲音傳感器，具體設(shè)計方案以及線路連接圖如圖2所示：

2.6系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包含上位機(jī)主控軟件以及下位機(jī)受控軟件，下位機(jī)程序承擔(dān)采集溫度、濕度、聲音頻率等傳感器數(shù)據(jù)，然后通過WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)主控系統(tǒng)，上位機(jī)程序由C++語言開發(fā)，通過WiFi模塊對下位機(jī)傳送的溫度、濕度、聲音頻率等數(shù)據(jù)來判斷被護(hù)理人的生理狀況，當(dāng)下位機(jī)獲取的數(shù)據(jù)超過了上位機(jī)所設(shè)定的正常閾值時，觸發(fā)上位機(jī)報警，以達(dá)到提醒監(jiān)護(hù)人更換尿布的目的，軟件流程圖如圖3所示。

3 測試結(jié)果

系統(tǒng)硬件如圖4所示，通過測試表明上位機(jī)模塊能正常顯示數(shù)據(jù)，上下限值調(diào)節(jié)，報警，自動進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲等功能。系統(tǒng)上電之后，WiFi模塊上紅燈常亮藍(lán)燈閃爍，上位機(jī)連接WiFi模塊成功，顯示屏左上角實(shí)時顯示單腔溫度、濕度、聲音，右上角顯示最近30分鐘溫度、濕度、聲音的變化，右下角顯示當(dāng)前時間與溫度、濕度、聲音是否正常，當(dāng)超過或低于設(shè)定值時會語音播報。由圖5分析可知此系統(tǒng)上位機(jī)模塊完成了顯示功能、報警功能，系統(tǒng)上位機(jī)模塊完成自動存儲數(shù)據(jù)功能。

4 結(jié)束語

文章設(shè)計了一種可實(shí)現(xiàn)手機(jī)實(shí)時通信的多功能的紙尿褲，借助成熟的WiFi移動網(wǎng)絡(luò)，不僅能精確檢測到被護(hù)理人的排泄情況，而且可以通過手機(jī)對其進(jìn)行預(yù)警，基本實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、高效率預(yù)警。

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【通聯(lián)編輯：梁書】