一種嬰兒車智能化的設計

鄒琪俊 韋孫佳 覃世吉 陳輝金

（桂林電子科技大學，廣西 桂林 541004）

一種嬰兒車智能化的設計

鄒琪俊 韋孫佳 覃世吉 陳輝金

（桂林電子科技大學，廣西 桂林 541004）

文章中系統基于STM32芯片，設計并制作了一個用于使嬰兒處于更智能環境的嬰兒車。系統由STM32F103ZET6最小系統、GSM、藍牙通信部分、智能傳感器、電腦手機客戶端、手機客戶端等幾部分組成。通過智能傳感器感知嬰兒生理參數，采用多終端監視，實現遠程跟蹤。為方便得到統計學參數，整體結構設計運用數據保存技術，通過藍牙通信把嬰兒生理參數遠程傳輸并保存到計算機里。

嬰兒車；STM32；智能；數據傳輸

1 引言

隨著人們生活水平的提高，人們對兒童這一弱勢群體的關注越來越多，對兒童用品的要求也是越來越高。智能嬰兒車將從這個階段的嬰兒行為特征和生活方式入手，開展創新研究，從而給寶寶和年輕的父母提供更高品質的服務，讓孩子的生活環境更安全、更舒適、更健康、更智能。

2 整體方案設計

本系統的設計分為三個部分：（1）嬰兒車部分；（2）上位機軟件部分；（3）安卓手機app。

嬰兒車部分采用FreeRTOS系統，集合了遠、近距離通信模塊，智能傳感器，電源等部分。傳感器監測能夠很好地采集嬰兒狀態、車體傾斜度等，通過藍牙和GSM技術，能夠快速有效地收集傳感器監測信息，將信息反饋到手機上，最終實現嬰兒車智能化采集信息和報警。

上位機軟件采用 VB編寫。該軟件的考慮到的特地有：兼容于大眾使用的Windows系統，人機交互友好，便于使用。該上位機用于長期保存嬰兒車數據到PC機上。

安卓APP的控制部分，方便嬰兒家長控制嬰兒車的運動，能夠根據實際的需要開關風扇，開關音樂。

3 系統硬件部分

本系統的硬件部分包括：嬰兒車框架、GSM傳輸模塊、藍牙、傳感器、鋰電池及其電源部分 STM32F103ZET6最小系統。

智能傳感器采集到嬰兒生理狀況，并根據嬰兒體溫的變化，給溫度采集進程設定一個閥值溫度，位于底座的STM32單片機采集從DS18B20采集到的嬰兒體溫溫度，當嬰兒體溫大于閥值時，系統發生報警脈沖。報警進程自動對此脈沖信號進行處理，并在彩色LCD上顯示出來同時再電話短信報警。當嬰兒尿濕時，系統會自動檢測底板濕度，記錄并短信通知家長及時更換紙尿布。

3.1嬰兒車框架結構

嬰兒車框架結構材料為亞克力板，質量輕。車體底部采用四驅方式，大扭矩電機，可以提供大驅動力，在運載嬰兒的時候還可以運載一些貨物，減輕父母負擔。

3.2GSM無線傳輸部分

在遠距離報警上，本系統使用的是GSM無線傳輸模塊。此模塊可以在全球內有GSM覆蓋的地區傳送信息，不受距離的限制。它的應用比較廣泛，在手機、車載導航等都可以見到它。

3.3藍牙傳輸部分

在近距離控制與數據傳輸上，本系統采用藍牙模塊。藍牙模塊對于近距離傳輸有著非常方便、快捷、兼容性高的優點。對于近距離控制，幾乎每臺智能手機上都能夠安裝基于藍牙的APP軟件，而不需要額外的遙控。節約了成本，充分發揮了資源的可重復利用的價值。對于近距離傳輸，藍牙能非常方便的與計算機進行通信，而不需要各種復雜的外設，只需要安裝一款上位機軟件。信息反饋非常便捷，在PC機上直接數據保存，這樣嬰兒的參數就可以長期的保存。

3.4嬰兒生理參數采集部分

嬰兒生理參數的檢測包括溫度和尿濕檢測。DS18B20溫度檢測傳感器位于嬰兒車下方，感知嬰兒體溫，返回數字信號給MCU。并和設定的閥值溫度對比，異常時通知家長，對此參數進行負反饋監控。

通過濕度模塊，將濕度信號轉化成數字信號傳回MCU。這樣就能很好的感知嬰兒是否尿濕，并能夠及時提醒父母更換紙尿布。

3.5電源供電部分

電源模塊是一個系統的核心，筆者選用了防爆聚合物鋰電池。防爆聚合物鋰電池可以提供可靠、穩定、持續的輸出，并可以識別電池是否充滿。

LM2596是開關電源芯片，系統采用此芯片進行DC-DC轉換，利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路。系統電機和MCU采取分開供電方式，即使一路出現故障，仍可以保證一部分正常運轉。

3.6主控芯片（MCU）部分

本系統選擇 STM32F103ZET6芯片作為主控。STM32F103ZET6是一款高性能的單片機，并且內部有豐富資源。本系統并且充分利用 STM32F103ZET6的內部資源，移植FreeRTOS系統使得本系統更加安全可靠。

3.7執行機構部分

系統的執行部分包括電機、MP3音樂播放部分。

LM2596是開關電源芯片，系統采用此芯片進行DC-DC轉換，利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路。系統電機和MCU采取分開供電方式，即使一路出現故障，仍可以保證一部分正常運轉。

4 系統軟件設計

本系統的軟件設計包含三個部分：1、MCU上的基于FreeRTOS的軟件設計2、在Windows操作系統運行的上位機軟件，把藍牙傳輸回來的信號進行長期的保存。3、安卓手機APP，方便父母控制嬰兒車，能根據嬰兒的實際需要遠程控制嬰兒車的運動。

4.1基于FreeRTOS的單片機程序

MCU移植了 FreeRTOS，把顯示，傳感器信息采集，中央邏輯控制與遠程數據通信傳輸部分放在不同的線程里面。在程序中，每一個線程有自己的一個單獨的任務，各個任務之間用消息郵箱進行通信，使程序更加結構化并且使程序更加的穩定。

4.2上位機軟件

上位機軟件在Windows系統下面運行。上位機軟件是基于Visual Basic編寫。該軟件的作用是將下位機（嬰兒車）通過藍牙傳回來的數據進行永久保存在PC機上，方便專家進行統計學的分析。也方便父母了解自己小孩的健康走向。

4.3安卓APP

安卓 app是方便父母對嬰兒車進行控制。它能夠控制嬰兒車的前進后退方向，并且能根據嬰兒的需要開風扇降溫或者播放、停止播放音樂。

5 測試與數據分析

表1　測試的項目結果數據

分析：可以根據體溫來判斷有無嬰兒在車內，并且在室內的情況下可以在客廳等空曠的地方傳輸嬰兒指標到計算機里面。

6 系統創新

（1）移植了 FreeRTOS，把顯示，傳感器信息采集，中央邏輯控制與遠程數據通信傳輸等各個部分放在不同的線程里面。在程序中，每一個線程有自己的一個單獨的任務，各個任務之間用消息郵箱進行通信，使程序更加結構化與穩定。可以方便增減功能。

（2）GSMBlueTooth 遠近傳輸通信的結合使用。GSM全球傳輸信息，傳輸距離遠，但數據量小，用于報警。BlueTooth在可視范圍內傳輸信息，可以傳輸大量的信息。遠近結合，優劣互補。

（3）通過用GPS來確定嬰兒的位置，實現嬰兒車的遠程跟蹤。

（4）設計了一個上位機軟件，把嬰兒數據傳輸到電腦永久保存，方便專家進行分析。

7 結束語

本系統基于STM32芯片，設計并制作了一個用于使嬰兒處于智能環境的嬰兒車。通過智能傳感器感知嬰兒生理參數，同時采用多終端監視，實現遠程跟蹤。為了方便得到數據，整體結構設計考慮數據保存。藍牙通信把嬰兒關鍵生理指標遠程傳輸保存到計算機里，是家長們的好幫手。

[1] 楊軍藝.新型智能嬰兒車的原理及設計[J].機械工程與自動化,2011,(6):183-184.

[2] 汪玉珍,徐嘉宏.基于嵌入式系統的智能嬰兒車設計[J].中國新通信,2015,(3):107.

[3] 許薇.能知道寶寶哭聲的含義——智能嬰兒服可讓父母偷點懶[J].環境與生活,2012,(5):20-22.

[4] 朱寶生.利用 TRIZ技術設計智能嬰兒被[J].通訊世界, 2014,(12):223-224.

[5] 白駒珩,雷曉平.單片計算機及其應用[M].北京:高等教育出版社,2012.

Design of the intelligent baby stroller

Based on STM32 chip.The system had a smart pram for babies. System was made up by STM32F103ZET6 minimum system, GSM, blue-tooth communication part, smart sensors, mobile phones client, the client computer and so on.It can remote tracking Stroller, multiple terminal monitoring and sensors' baby physiological parameters by intelligent sensors. In order to get statistical parameters, in using data preservation technology,it can save data.It also can transport some physiological parameter to user computer by blue-tooth.

Pram; STM32; intelligent; data transfer

Q813.11

A

1008-1151(2015)06-0005-02

2015-05-11

廣西區“大學生創新創業項目”（201410595096）。

鄒琪俊（1994－），男，江西吉安人，桂林電子科技大學在讀本科生，研究方向為智能控制；韋孫佳（1993-），男，桂林電子科技大學本科在讀學生；覃世吉（1993－），男，桂林電子科技大學本科在讀學生。

陳輝金，桂林電子科技大學講師。