多功能智能嬰兒床的設計

歐陽集正 胡榮杰

（湖南科技學院 計算機系，湖南 永州 425100）

0 引 言

隨著智能家居的逐步實現,一種新型的嬰兒床也開始越來越多地受到人們的青睞。嬰兒常半夜啼哭，父母們往往為了照顧嬰兒而疲憊不堪.而且傳統的嬰兒床的設計簡單，功能比較單一，不能很好的幫助父母照顧自己的小孩。近年來，國內外有很多研究者開始研究開發新型嬰兒床，這可以為父母們省去不少麻煩。

針對上述問題，采用AT89C51開發的智能嬰兒床通過檢測環境聲音信息實現了根據嬰兒哭鬧聲改變其睡眠環境的目的，本文主要設計一種以 AT89C51芯片為主控 MCU的智能型嬰兒床系統，給出了該系統硬件、軟件和機械部分的設計思想及實現方法。本設計將多種功能整合到一起，形成一種功能強大的多功能嬰兒床。下面介紹系統的主要研究思路。

傳感器的準確性：駐極體話筒感應嬰兒哭聲的靈敏性與準確性，靈敏性容易，準確性關鍵是帶通濾波器的設定。因為嬰兒哭聲頻率在 500Hz左右，而潛在的干擾源即一般的說話聲音在100Hz左右，腳步聲頻率更低。頻率相差不大，二階有源帶通濾波的衰減特性難以滿足要求。為此我們要把帶通濾波增到四階甚至是八階。階數的增加帶來的意想不到的干擾也會相應增加，怎樣克服這些干擾增加衰減速度是我們下一步研究中的重點。

搖動模塊的舒適性：嬰兒睡在床上要搖的舒適才可以，這對搖動的頻率幅度有要求。開始要慢慢的搖，放出來的音樂也要慢慢的增大，不能驚嚇嬰兒。象蕩秋千那樣的搖擺,還是跌宕起伏的搖擺, 或者是有其他更好的方法，當嬰兒在樂曲中入睡后還放多久的音樂搖多久都要進行思考。

人性化設計，讓孩子的父母或家人易學易用。另外嬰兒床外觀要做到美觀、高雅。

1.體方案設計

針對上述問題，我們所做的智能嬰兒保姆床能有效的解決上述問題。當小孩半夜醒來時，床會自動搖起來，且伴隨輕輕的催眠曲或搖籃曲或錄下來的母親的關愛聲，還可以加入其它一些逗小朋友玩的設計。對于小孩子晚上的大小便，系統安裝有一個濕度感應器、溫度感應器，當檢測到小孩的被窩達到一定濕度時可采取自動換被子或向父母報警，當檢測到嬰兒被窩溫度過低時自動報警。針對嬰兒的學前教育，此嬰兒床還能提供一些語音播放，如插 MP3、U盤等一些擴展設備。溫度監測采用數字溫度傳感器DS18B20進行實時檢測嬰兒床的被窩溫度。當被窩溫度第一次高于35℃時，可知嬰兒已蓋好被子了。而隨后在某個時候低于 30℃時，可以判斷嬰兒把被子踢開了。此時單片機將音樂送給FM發送模塊，發送信息給孩子的父母或保母。在嬰兒床的傳動機構采用電動機連接一個擺臂帶動嬰兒床搖動。

圖1.體方框圖

2.度電路設計

濕度傳感器采用 HIH3610濕敏電阻。在此模塊設計中給濕敏電阻外接一個大小為 10K的電阻 R17，濕敏電阻和R17共同組成一個分壓電路，如圖將濕敏電阻的一端接入CD4066的1腳，芯片U2的13腳與單片機89C652的P2.5連接，由單片機的P2.5控制1,2腳的通斷，將U2的2腳接ADC0804的6腳，這樣就由單片機的P2.5腳控制了濕敏電阻與ADC0804的連接。ADC0804是對R17分壓電阻上的電壓進行模數轉換而不是直接對濕敏電阻上的電壓轉換，對于我們要求的靈敏度，可以通過調節 R17的阻值來實現，在此設計中可采用一個20k電位器替代R17，方便調節電路。當濕敏電阻檢測到濕度后，濕敏電阻阻值發生變化，其兩端的電壓發生變化，R17上的電壓也隨著變化，R17上的電壓經模數轉換后送給單片機I/O口，由單片機進行處理。

圖2.度檢測電路

3.音電路設計

當駐極體話筒檢測到外部聲音變化時，駐極體話筒兩端的電壓隨之變化,如圖通過 Q1 對其進行信號放大，電壓值經過ADC0804進行模數轉換后交予單片機處理，在單片機中設定一個特定的電壓值，一旦駐極體話筒兩端電壓高于這一特定值時，單片機控制啟動語音模塊和搖動模塊。這里我們下一步要做的是在此設計中增加一個帶通濾波電路，只感應嬰兒的哭聲，提高語言感應的準確度。如圖在此設計中聲音檢測電路輸出word和ADC0804的6腳不是直接連接，而是用Q3進行連接，Q3的基極由單片機89C52的P2.4控制，此設計中聲音和濕度檢測都由單片機控制，而且此電路只用一個ADC0804芯片，提高了資源的利用。

圖3.音電路

4.M發送電路設計

此設計采用FM無線發送而不是采用語音報警，以達到保持嬰兒周圍環境安靜的目的。接收FM的收音機放于父母的房間，當濕度或溫度達到或超出設定的值時，單片機控制FM向監護人發送特定音樂，同時又不吵醒睡眠中的嬰兒。當監護人給嬰兒換了尿布或蓋好被子后，濕度和溫度恢復到以前的值，單片機控制FM停止發送音樂。在此設計中，FM的發射頻率由圖中C6決定，一般為5—30PF，在本設計中，采用27PF云母電容，這樣FM的發射頻率為73MHz，應用時只要把父母房間的收音機的頻率調到FM：73MHz就能很清晰的收到由FM發送的音樂，達到通知父母的目的。在電池選擇時，電壓越高，發射距離就越遠，宜采用方塊電池，方塊電池電流比較穩定，不容易受外界干擾，減少發射電路產生的噪音。在整體模塊設計時應把FM發射電路，單獨設計，制作一個獨立的電路板，這樣可以非常有效的減少由主控電路帶來的干擾，使電路更穩定。FM的發射也是由單片機89C52的P3.0控制Q5，如圖Q5連接一個5V繼電器，此繼電器控制MP3的音頻輸出口與FM的音頻單道輸入口的連接。

圖 4FM發送電路

5.P3音樂播放模塊

此設計采用單片機的P0口的0、1、2、3引腳分別連接CD4066控制引腳4、6、12、13。由于大多數MP3的按鈕都是低電平觸發的，所以將 CD4066中的 2、3、7、8、10腳都接地。在溫度、濕度，聲音三個檢測模塊中，當檢測到其中一個模塊有信號，馬上有單片機根據程序作出響應，給P0.0送一個1.5秒的高電平，這樣給MP3開機，然后然后給 P0.1一個短暫的高電平進行播放。其它下一曲，上一曲都是類似的控制，還有一些組合控制由自己編程的設置而定。控制MP3包括：MP3的選歌，下一曲，音量，以及錄音。

圖 5MP3控制電路

6. 論

多功能智能型嬰兒床系統的開發涉及到電子、機械、自動控制等多個學科領域，是一個綜合性的應用研究課題。本文著重以人性化照顧小孩子為前提，設計了具有多功能的嬰兒床。試驗證明了整個系統可靠性較高,比較實用，而且易于維護和擴展,具有產品化意義。

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