嬰兒狀態監護預警裝置設計

楊晨昊 米月琴 王新懷 石佳澤 周明德

關鍵詞：嬰兒監護；哭聲識別；尿床檢測；預警

0引言

近年來，隨著我國經濟的迅速發展，人們對生活質量的要求越來越高，家長也越來越重視孩子在嬰幼兒時期的成長發育。傳統的嬰兒監護裝置通常具有聲音、視頻監測等功能，但因受到環境干擾其檢測準確性有限。市場相關產品監護設備仍然存在一定的缺陷，例如，使用濕度傳感器直接接觸嬰兒并進行監測會使孩子產生不適；非接觸式監測可能導致準確性不足；市售裝置的哭聲檢測模塊準確率不高，這些問題均未得到有效解決。

因此，本文設計了一款嬰兒狀態監護預警裝置，在電路結構方面，添加濾波電路以提高哭聲檢測模塊的準確性；在機械結構方面，設計了新型的雙層傳感器夾子，內置傳感器探針，使傳感器在床墊上放置更穩定，從而間接地提高檢測準確性。通過優化裝置的電路結構和機械結構，實現更準確、更穩定的監測和預警功能，提升用戶的業務體驗，幫助家長高效地看護嬰兒，且該裝置的應用前景更廣泛。

1總體設計

該裝置由控制系統、聲音檢測系統、濕度檢測系統和監護預警系統4個部分組成，各系統相互協調配合，實現對嬰兒狀態的監護和預警。采用STM32F103C8T6單片機作為控制中樞，與各子系統相互連接，負責協調和管理所有子系統的運行，接收各傳感器發出的警報信號，并輸出相應的控制信號。在實際使用中，將子系統的數據和結果集成到控制模塊，并進行協調和分析，控制系統可以觸發相應的警報和提示。例如，當聲音檢測系統、濕度檢測系統分別監測到嬰兒啼哭、尿床等異常情況時，控制系統將相應的信息傳遞給監護預警系統，發出相應警報。這些系統共同實現了嬰兒狀態監護預警裝置的核心功能，為家長提供了全面的實時監測和預警功能，幫助看護人更好地照顧嬰兒。裝置結構框圖如圖1所示。

2聲音檢測系統

哭啼檢測方法是先在嬰兒頭部附近放置一個麥克風，拾取嬰兒的哭啼聲音，麥克風采集語音信號，將采集到的語音信號進行濾波，獲得頻率為300～4000Hz的信號，經過語音檢測模塊，判斷是否為嬰兒哭聲，最后對聲音進行分類，判斷嬰兒狀態是疲倦或饑餓等。實驗中測試不同干擾下聲音識別數據如表1所示。

2.1硬件電路設計

濾波電路是一種能讓指定頻段的信號順利通過而對其他頻段的信號起衰減或抑制作用的電路，廣泛應用于信息處理、數據傳送和抑制干擾等領域。按工作頻帶，可分為低通、高通、帶通和帶阻濾波電路。濾波電路與哭聲檢測模塊連接，濾波電路保留嬰兒哭聲所在頻段300～4000Hz的信號，以減少輸入信號中其他頻帶的干擾。這有助于提高聲音信號的質量和準確性，從而更準確地分析嬰兒的聲音。濾波電路如圖2所示。

2.2軟件程序流程

經過濾波電路后，哭聲檢測模塊控制程序流程如圖3所示。

3濕度檢測系統

濕度傳感器、夾子、導水紙帶連接關系如圖4所示，濕度傳感器監測導水紙帶的濕度，當濕度達到預設的閾值時，濕度傳感器將濕度信息傳輸給控制模塊?？刂颇K接收到濕度傳感器的數據后，觸發相應的警報。

3.1傳感器夾子

如圖5和圖6所示，新型傳感器設置有兩組夾子（夾持件1與夾持件2）。夾持件1的兩個夾持面配合夾緊床單；夾持件2的兩個夾持面上分別設置有正極探頭和負極探頭，通過正極探頭和負極探頭夾持多個導水紙帶的另一端，當導水紙帶上有尿液時，正極探頭和負極探頭導電形成電信號。傳感器夾子可根據濕度傳感器有無輸入信號判斷嬰兒是否尿床，并在嬰兒尿床時發出警報。這也解決了當需要頻繁地更換紙帶時，固定導水紙帶、探針、床單操作不便的難題。

3.2導水紙帶

多個導水紙帶均勻設置在床單下層靠近嬰兒的位置，通過導水紙帶的一端采集嬰兒的尿液。導水紙帶采用3層結構，底層為隔水塑料薄膜，中層為導水紙，頂層為多孔隔水塑料薄膜。此結構可以保證水從頂層被吸入紙帶，沿著導水紙帶滲向探頭，并且不會滲回床褥和床板。

4監護預警系統

監護預警系統可控制系統發出相應的警報信號，語音播報模塊通過播放安撫音樂，穩定嬰兒情緒，LED提示燈根據嬰兒的狀態發出不同顏色的警示光，幫助家長判斷嬰兒狀態。另外，所有信息數據通過Wi-Fi模塊上傳至云端，以便家長隨時訪問和監測嬰兒的狀態。

5結論

一款合適的嬰兒監護系統能幫助家長實時地監測嬰兒的活動情況，將可能產生的危險在第一時間向家長預警，利于家長及時應對危險。因此開發一種功臺旨全面、安全可靠的嬰兒監護系統很有必要。本文設計了一款嬰兒狀態監護預警裝置，由控制系統、聲音檢測系統、濕度檢測系統和監護預警系統4個部分組成，改進了傳統嬰兒檢測裝置的電路結構和機械結構，使其具有更高的準確性和穩定性，為家長照顧嬰兒提供了更好的解決方案，降低了看護風險。