基于嵌入式開發的智能嬰兒床

沈航馳 陳蕾 楊俊勝 胡斐

摘要：隨著科技革新和物聯網發展，智能家居開始取代傳統家電，成為人們日常生活中的必備品。本文介紹一款嵌入式智能嬰兒床管控系統，該系統旨在利用物聯網及自動化技術節省父母因照看哭鬧嬰兒的時間，同時為用戶提供遠程控制接口，使照看嬰兒更加輕松、便捷。同時本系統提供人性化人機交互式接口，基于用戶需求行進設計使體驗更佳。此設備支持多種管控模式，用戶可根據需要設置不同的模式，完成對嬰兒床的控制。

關鍵詞：安全;人性化;嵌入式系統;智能

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）34-0228-03

1 概述

隨著當今生活節奏的不斷加快，工作壓力的不斷上升，父母更難有足夠的時間來照看嬰兒，且照看嬰兒會耗費父母大量的時間和精力，而請價格昂貴的保姆又是很多家庭難以負擔得起的，所以使用智能嬰兒床是一個明智的選擇。同時隨著物聯技術和人工智能的發展[1]，各類智能家電與智能管控系統必將大量涌現，跟上時代的潮流勢在必行。最重要的是這一產品受眾廣，甚至在今后是家庭中必不可少的家居之一，市場需求+分龐大，因此本智能嬰兒床在未來擁有廣闊的前景。

2 模塊與應用

本智能嬰兒床系統在傳統的嬰兒床的基礎上加裝了傳感器組和控制模塊，可以感知外界環境和嬰兒床內部的溫濕度等信息或接受用戶指令，并做出相應的反應。本智能嬰兒床系統的模塊包括：主控板、舵機組、傳感器組、面向用戶接口及管控策略。

2.1 主控板

根據性能和成本綜合考慮，本系統使用的是以Cortex-M4為內核的STM32F407開發板。

STM32F4是一款高性能微控制器，可以進行復雜的計算和控制。

在本系統中主控板主要用于：

1）監控環境和嬰兒生理狀況，處理傳感器傳回的數據。

2）控制其他外設f如電機，攝像頭等）。

3）與用戶進行信息交互驗證身份、設置管控策略（模式）。

4）并在需要時向用戶申請管理權限，提出建議。

5）根據當前設置的管控策略（模式）、采集的數據及人機交互的結果給出相應的處理方案。

2.2 舵機

舵機（Servo）是是一個封裝好的伺服馬達。其簡單的工作原理是：控制模塊收到上位機發送的的pwm信號后，經過運算映射成舵機需要轉到的角度，然后控制小型直流電機轉動，同時變速齒輪組通過縮小轉速來增大電機的輸出扭矩，然后轉到相應位置。

2.3 舵機驅動板

內置32位處理器，速度快控制精確運行穩定。接口可自動識別波特率（此處使用9600波特率）。由于舵機運轉電流較大，建議驅動板接可供較大電流的電源如鋰電池。接口采用nc與上位機進行通信同時控制16多個舵機，多驅動板級聯（最多可級聯62個1可提供更大的擴展性。

2.4 傳感器組

2.4.1 溫濕度傳感器

本系統使用DHTII溫濕度傳感器[2]。該傳感器通過濕感電阻和NTC元件來獲取環境信息。通常用在暖通空調、家電、濕度調節器等。在本系統中該傳感器用于獲取嬰兒床內溫濕度及環境溫濕度。

2.4.2 聲音傳感器

聲音傳感器用于聲音采樣。聲音傳感器能實時獲取聲音的波形。在本系統中主要用于檢測嬰兒哭聲。可以用于喚醒系統。

2.4.3 攝像頭

本系統使用OV2640攝像頭模塊，作為相機和圖像處理器。在系統中用于在用戶或上位機發出拍照指令時對嬰兒進行拍照、攝像。

2.5 面向用戶接口及管控策略（模式）

本系統提供一個面向需要托管嬰兒人群的解決方案，且使用方便。

本系統提供多種管控策略供用戶選擇，以下將詳細介紹。

1）全自動：設備完全接管，自動控制，同時向用戶反饋信息（用戶可以隨時中斷操作）。

2）半自動：設備只接管傳感設備，在操作前先向用戶請求同意，同時向用戶反饋信息f用戶可以隨時中斷操作）。

3）全手動：設備斷開動力驅動外設，但不掉電，只接管傳感設備，同時用戶可查詢傳感器信息。

使用時只需將嬰兒放入嬰兒床中設定所需要的模式即可。嬰兒床的管控系統會根據當前設置的管控策略（模式）、采集的數據及人機交互的結果給出相應的處理方案。用戶只需通過短信或通過互聯網（可在管控策略中設置）查看嬰兒所在環境和嬰兒生理狀況，并進行遠程控制。如圖8所示。

3 功能及使用范圍

許多父母在照顧嬰兒時，會花費大量的時間精力，引起父母睡眠不足精神壓力等問題，導致父母疲勞，造成父母工作效率降低。而本系統可替代父母進行一些比較容易疲勞的工作如搖床等，讓孩子能快速入睡，父母只需坐在一旁。同時嬰兒床也可收集嬰兒的各項體征和外界環境數據，并發送給父母。使父母可以隨時監控孩子的身體狀況。本系統既可以方便父母照看孩子，節省父母的時間與精力，同時也實時記錄嬰兒床內嬰兒的各項體征，并在需要時提供給父母。

參考文獻：

[1]劉瑋.基于物聯網技術的智能家居控制系統的研究與實現[D].蘭州交通大學碩士學位論文，2015.

[2]于波.基于單片機的室內環境監測系統設計[D].中國海洋大學碩士學位論文，2011.

【通聯編輯：梁書】

收稿日期：2019-10-12

基金項目：甘肅農業大學大學生科研訓練項目（編號：201916006）

作者簡介：沈航馳（1998-），男，甘肅農業大學信息與科學技術學院學生;通訊作者：陳蕾（1978-），女，甘肅農業大學信息與科學技術學院副教授;楊俊勝（1995-），男，甘肅農業大學信息與科學技術學院學生;胡斐（1999-），女，哈爾濱金融學院計算機系計算機科學與技術專業學生。