基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能嬰兒車的設(shè)計(jì)

引 言

如今，新型嬰兒車越來越引起大家的關(guān)注。當(dāng)父母因?yàn)楣ぷ骰蚱渌虿荒芗皶r(shí)照顧嬰兒時(shí)，作為“貼身小管家”，智能嬰兒車會暫時(shí)取代父母。當(dāng)嬰兒開始啼哭恰巧父母又不在身邊時(shí)，嬰兒車會走動起來并自動播放音樂。車上的液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示房間內(nèi)的溫濕度，父母可隨時(shí)掌握房間內(nèi)的環(huán)境狀況。嬰兒尿車時(shí)可短信提醒父母，當(dāng)嬰兒靠近車邊時(shí)可電話提醒父母避免嬰兒出現(xiàn)危險(xiǎn)。另外，通過網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以和嬰兒聊天，互相看到雙方，并可給嬰兒拍照。

1 總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)以 STM32F104 單片機(jī)為核心，采用嵌入式設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)檢測、信息傳輸、智能安撫等各個(gè)模塊。

（1）檢測模塊主要包括尿濕檢測、溫度檢測、噪音檢測、氣體檢測、障礙物檢測五方面。通過尿濕檢測可及時(shí)了解嬰 兒尿濕狀況，以便及時(shí)更換尿布 ；溫度檢測可及時(shí)檢測嬰兒周圍溫度以便家長適時(shí)增減衣物 ；噪音檢測可檢測嬰兒啼哭情況，方便看護(hù)者暫時(shí)不在嬰兒身邊時(shí)及時(shí)了解嬰兒狀態(tài)； 氣體檢測可檢測嬰兒周圍空氣狀況，使其免受毒氣危害 ；障礙物檢測可及時(shí)檢測嬰兒車周圍狀況以免嬰兒受到傷害。

（2）信息傳輸模塊利用 GPRS將檢測結(jié)果發(fā)送至相關(guān)手機(jī)用戶。

（3）智能安撫模塊可針對檢測模塊檢測出的嬰兒周邊環(huán)境及具體狀態(tài)進(jìn)行音樂播放、雨棚自動收放、自動搖籃、障礙物避讓等動作。

總體設(shè)計(jì)如圖 1 所示。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 娛樂模塊

娛樂模塊主要由聲音傳感器、光電傳感器、電機(jī)驅(qū)動模塊以及 MP3 播放器構(gòu)成。聲音傳感器的靈敏度可以調(diào)節(jié)， 用戶可根據(jù)不同需求設(shè)置適合的靈敏度。聲音傳感器的靈敏度比較高，當(dāng)采集到嬰兒哭聲時(shí)，引起駐極體話筒的震動， 然后根據(jù)震動范圍改變電阻的大小，從而產(chǎn)生相應(yīng)大小的電流。MP3 播放器是高度集中的電路的集合，與傳統(tǒng)電路相比， 其將所有電路集成在一塊芯片上，內(nèi)置過濾電路，從而保證播放音樂的質(zhì)量。MP3 播放器提供了一個(gè) USB 接口，用戶可根據(jù)自己的喜好選擇合適的音樂。光電傳感器的主要作用是檢測預(yù)先設(shè)定路線的軌跡，以控制嬰兒車前進(jìn)的方向，配合電機(jī)驅(qū)動模塊來驅(qū)動電機(jī)從而達(dá)到娛樂的目的。

娛樂模塊將聲音傳感器接到單片機(jī)的 P1^0 口， 電機(jī)驅(qū)動的 IT0，IT1，IT2，IT3 四根線分別連接單片機(jī)的P1^1 ～ P1^4 口。當(dāng)聲音傳感器檢測到嬰兒哭聲時(shí)，聲音傳感器輸送一個(gè)低電平至單片機(jī)，并通過 MCU 進(jìn)行判斷，若確定是嬰兒的哭聲，單片機(jī)控制繼電器MP3 播放器播放音樂， 同時(shí)單片機(jī)通過給 P1^1 ～ P1^4 賦值 0 和 1 來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。嬰兒車下面的黑白線傳感器通過檢測黑線的有無輸出高低電平，確保嬰兒車按照預(yù)定的路線前進(jìn)。MP3 原理如圖 2 所示。

娛樂模塊的主要作用是利用聲音傳感器檢測嬰兒哭聲， 發(fā)送電信號至單片機(jī)，再通過單片機(jī)進(jìn)行判斷。上面的旋位按鈕可調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度，根據(jù)不同需求適當(dāng)調(diào)節(jié)靈敏度的范圍。由于嬰兒的哭聲和其他聲音的震動頻率不同，因此可根據(jù)對應(yīng)的頻率判斷是否是嬰兒的哭聲。若確定是嬰兒哭聲，單片機(jī)則會控制 MP3 播放器播放音樂。MP3 播放器上有一個(gè) USB 接口，可用來插 U 盤或其他存儲硬件，利于父母為孩子訂制自己喜歡的音樂。播放音樂的同時(shí)，車會自動走動起來，由于車身下面安裝有 3 個(gè)光電傳感器，因此會按照預(yù)先設(shè)定的路線走動，相比傳統(tǒng)的搖籃嬰兒車，其最大優(yōu)勢是防止搖動角度過大對嬰兒造成傷害，使安撫嬰兒的效果達(dá)到最佳。

2.2 環(huán)境檢測模塊

溫濕度檢測模塊主要由 DHT11 溫濕度傳感器和液晶顯示模塊構(gòu)成。DHT11 溫濕度傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是測量精確度高，工作原理比較簡單，主要通過檢測室內(nèi)的溫濕度值來改變電阻值，獲得相應(yīng)大小的電流，然后由液晶顯示器進(jìn)行顯示，便于隨時(shí)掌握室內(nèi)的溫濕度。

溫濕度傳感器的使能端與單片機(jī) P1^5 口連接，實(shí)時(shí)檢測嬰兒車內(nèi)的溫濕度，然后由 1602 液晶顯示器進(jìn)行顯示，方便實(shí)時(shí)了解嬰兒車內(nèi)的溫濕度。溫濕度檢測模塊如圖 3 所示。

2.3 GSM 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊主要由 GSM 模塊、光電傳感器、溫濕度傳感器構(gòu)成。當(dāng)布置于嬰兒車四周圍欄上的光電傳感器檢測到嬰兒靠近車邊時(shí)，傳感器發(fā)送電平信號給單片機(jī)，單片機(jī)控制 GSM 給父母的手機(jī)打電話提醒父母，避免嬰兒掉出車外。車身下面安裝有濕度傳感器，若檢測到嬰兒尿車了，濕度傳感器則同樣會給單片機(jī)發(fā)送電平信號，然后由單片機(jī)控制 GSM 給父母發(fā)送短信提醒父母。GSM 模塊有開啟和關(guān)閉兩種工作模式，可手動控制。當(dāng) GSM 模塊給父母發(fā)送短信或打完電話后，父母需要重新啟動 GSM 模塊才可繼續(xù)工作， 避免了持續(xù)給父母發(fā)短信或者打電話。當(dāng) GSM 模塊處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，即使上面兩種情況發(fā)生，GSM 也不會進(jìn)入工作狀態(tài)，從而更加方便父母照顧嬰兒。報(bào)警模塊如圖 4 所示。

2.4 監(jiān)控模塊

實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊主要采用 HS-733 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，使用者可通過軟件登錄給攝像機(jī)設(shè)置的 IP 地址，控制攝像機(jī)，也可通過手機(jī)上的客戶端訪問攝像機(jī) IP 地址，訪問成功后同樣可對攝像機(jī)進(jìn)行控制，還可通過攝像機(jī)跟嬰兒講話，給嬰兒錄像、拍照等。監(jiān)控模塊如圖 5 所示。

3 結(jié) 語

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能嬰兒車的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了智能嬰兒車應(yīng)具備的基本功能。娛樂模塊起到了父母不能及時(shí)照看嬰兒時(shí)娛樂嬰兒的作用 ；環(huán)境檢測模塊提供實(shí)時(shí)溫濕度，為嬰兒營造更好的環(huán)境 ；報(bào)警模塊的實(shí)施守護(hù)了嬰兒的安全 ；監(jiān)控模塊為父母提供了“千里眼”和“順風(fēng)耳”。各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)以協(xié)助父母照顧嬰兒為前提，達(dá)到“解放父母”的目的。本文設(shè)計(jì)的智能嬰兒車可靠性高，完全能夠幫助父母照看嬰兒，從而解決父母的壓力，簡單實(shí)用，后期維護(hù)也較為簡單，具有一定的產(chǎn)品化意義。