多功能嬰兒車的設計

狄思雨++陳靖允++李全強

摘要： 本文設計了一種集環境檢測、防盜功能以及超速制動于一身的多功能嬰兒車，在保留嬰兒車原有設計的基礎上，實現了對嬰兒外出時的實時保護，不僅可以檢測嬰兒周圍的環境情況，及時做出防護，同時也可以在發生危險時第一時間通知監護人并進行報警，在一定程度上降低了危險發生率。

Abstract： The paper has designed a set of environmental monitoring， speeding braking and security functions in one multi-functional pram. On the basis of the design in the original design， it has achieved the real-time protection while going out to infants. The surrounding environment can not only detect babies， in a timely manner to make protection， at the same time can also be in danger immediately informing the guardian and the police. To a certain extent， a new type of multi-functional pram reduced the incidence of dangerous and reduced the parents worry.

關鍵詞： ATMEGA328P單片機；控制系統；壓力傳感；超速制動

Key words： ATMEGA328P MCU；control system；pressure sensing；speed brake

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0106-02

0 引言

隨著生活方式的改變，消費者對嬰兒車的要求也呈現出多樣化的傾向，過去比較單一的使用方式已不能滿足現在人們生活方式的多樣性需求，新產品的開發設計與研究，越來越體現出它的生命價值與市場價值。本文介紹了一款新型的多功能嬰兒車，該嬰兒車設計了一種基于ATMEGA328P單片機、配合各集成數據傳輸模塊的總控系統，它完善了傳統嬰兒車功能單一、安全系數低等缺陷，結合了當下最流行的環境檢測功能、防盜功能以及超速制動功能，實現了對嬰兒的實時保護。

1 多功能嬰兒車的總體設計

1.1 多功能嬰兒車的簡介

本文設計的多功能嬰兒車通過建立以arduino為硬件平臺，以ATMEGA328P為工作芯片的控制系統，將環境監測功能、防盜功能以及超速制動功能融于一體。利用溫濕度傳感器和紫外線傳感器檢測當前環境質量，利用壓力傳感器檢測嬰兒車中的重量，利用加速度傳感器檢測嬰兒車的運動狀態，并通過IIC總線將上述數據傳輸至串口屏處，同時以短信的方式發送至相應的用戶手機中。

1.2 IIC總線控制系統結構設計

考慮到該嬰兒車的功能較多，且總體結構設計復雜，因此，本文出于簡化控制系統的目的將總控任務分至三個單片機，每個單片機下控各項功能，并由其中的一個單片機控制子系統A，B。同時，通過IIC總線實現各功能之間的數據傳遞，由于IIC總線傳輸地址的唯一性，保證了數據傳輸過程中的穩定與準確。系統總體控制結構如圖1所示。

2 多功能嬰兒車的環境檢測功能

2.1 環境檢測功能簡介

通過溫濕度傳感器與紫外線傳感器的環境值檢測功能，將空氣中溫濕度與紫外線強度的相關數據進行檢測分析，并由IIC總線將其等級程度顯示于串口屏，方便用戶的使用與了解。同時，設有自動遮陽的機械結構，當檢測到空氣中的紫外線強度過強或陽光過于充足時，該嬰兒車將會自動啟動遮陽功能，從而起到保護嬰兒的效果。

2.2 器件選擇與介紹

采用CJMCU和 DHT11作為紫外線強度傳感器和溫濕度傳感器，CJMCU具有功耗低、線性好、靈敏度高等特點。 而DHT11應用專用的數字模塊采用技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定。

2.3 溫濕度傳感器的相關計算

該溫濕度傳感器的輸出數字可用式（1）轉換成實際溫度：T=d1+d2×SOT（1）

式中，SOT為傳感器測量值，T為實際溫度[1]，d1，d2為待定系數。

此時，我們采用電壓為5V的電源且溫濕度傳感器的分辨率為14位，則

d1=-40，d2=0.01

溫濕度傳感器輸出數字量相對濕度值可用式（2）修正為實際濕度相對值：

式中為SORH傳感器相對濕度測量值，RH為實際濕度相對值，C1，C2，C3為待定系數。當相對濕度分辨率為12位時，C1=-4，C2=0.0405，C3=-2.8×10-6。

根據傳感器測量的溫度和相對濕度，在-40～50度溫度范圍，可用式（3）計算露點：

式中Td（RH，T）為露點，RH為實際濕度相對值，T為實際溫度，當溫度在0～50度范圍內，Tn=243.12°，m=17.62；當溫度在-40°～0°范圍內，Tn=272.62°，m=22.46°。

2.4 紫外線傳感器

本文采用的紫外線傳感器是利用光敏元件將紫外線光信號轉換為電信號的電子器件，該傳感器相當于一個光敏電阻，電阻值會隨著光照強度的變化而變化，而電阻值的變化也使得電壓值發生變化，此時通過控制單片機內部的A/D轉換器對紫外線傳感器輸入的電壓值進行A/D轉換，再根據電壓值的大小，對比過紫外線強度劃分標準，將AD轉換通過串口屏32進行顯示。

2.5 遮陽棚的結構設計

通過紫外線傳感器的UV值檢測，本文將遮陽棚結構設計成按鍵調節結構。遮陽棚的位置控制是由電位器進行調節，當調節電位器的按鍵時，動觸點在電阻體上滑動。此時在電位器的輸出端可獲得與電位器外加電壓和可動臂轉角或行程成一定關系的輸出電壓，用于檢測遮陽棚的位置。

3 多功能嬰兒車的防盜功能

3.1 防盜模塊簡介

HX711壓力傳感器集成了包括穩壓電源，片內時鐘振蕩等其他同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優點。

3.2 防盜功能的實現

本文采用的是通過檢測壓力的大小來判斷嬰兒是否在車上的方式，將壓力傳感器安置于嬰兒車的座位底部，嬰兒處于嬰兒車中時，壓力傳感器將檢測到此時的壓力值為0，當嬰兒不在嬰兒車中時，則會由于數值不為0而發出警報。該部分由子控制系統B單獨進行控制，同時，配有短信通知的通訊功能，將嬰兒是否在車上的情況即時發送給用戶，以保證用戶可以及時了解嬰兒的安全狀態。

4 多功能嬰兒車的超速制動功能

4.1 超速制動功能簡介

本文設計的超速制動功能主要應用于道路較陡或手離車推手等的危險情況中。當嬰兒車的加速度高于原始設定的最大加速度值時，該嬰兒車將會自動啟動超速制動功能，及時減小嬰兒車的速度，從而使其停止運動。

4.2 器件選擇與介紹

本文選用ADXL335作為測量加速度的工具。它可以測量傾斜檢測應用中的靜態重力加速度，以及運動、沖擊或振動導致的動態加速度。通過加速度的變化來判斷嬰兒車的運動情況。

4.3 超速制動功能的結構設計

在一些突發的情況或路況較不平緩的情況下，如何謹慎地做到保護嬰兒的安全是一個值得考慮的問題。對此，本文提出了超速制動系統。該部分采用兩個兩相四線制步進電機，該部分的步進電機均是以l9110s作為驅動芯片，該驅動芯片是為控制和驅動電機設計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整體可靠性提高。由于兩個電機的轉動同步，因此只需四個端口即可，可減少端口的控制數目。利用光電測速的方式，準確測出制動發生的加速度。

5 軟件設計

5.1 環境檢測功能的流程設計

當用戶需要對外界環境進行檢測時，可以選擇將該功能開啟，進入是否需要環境檢測的指令。該項功能開啟后，會對周圍環境中的溫濕度以及紫外線強度進行檢測。當紫外線強度高于正常閾值時，嬰兒車會自動開啟遮陽棚進行遮光，同時，用戶也可以通過手動調節的方式進行操控。

5.2 防盜功能的流程設計

當嬰兒車內有嬰兒時，嬰兒的體重作為壓力傳遞給壓力傳感器。當傳感器失去該壓力后便會觸發報警裝置，蜂鳴器發聲，同時，通過SIM900A短信通訊模塊，將安全情況的信息發送至用戶手機。

5.3 超速制動功能的流程設計

當用戶手動啟動超速制動功能后，程序進入初始化階段，若開啟自動制動，那么通過IIC總線可以向制動從機發送開啟自動制動指令；若關閉自動制動，則同樣通過IIC總線傳遞關閉自動制動指令。

6 結語

本文設計了一種集環境檢測、超速制動和防盜功能于一身的多功能嬰兒車，通過控制模塊、傳感器、通訊模塊以及軟件的編程協調控制，實現了對嬰兒乘坐嬰兒車外出時的實時保護及即時報警功能，該設計填補了已有產品中的功能空白，并充實了部分功能的靈敏性與自動性，且設計趨于模塊化，價格合理，具有一定的前景與實用價值。

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