基于嵌入式开发的智能婴儿床

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　　摘要：随着科技革新和物联网发展，智能家居开始取代传统家电，成为人们日常生活中的必备品。本文介绍一款嵌入式智能婴儿床管控系统，该系统旨在利用物联网及自动化技术节省父母因照看哭闹婴儿的时间，同时为用户提供远程控制接口，使照看婴儿更加轻松、便捷。同时本系统提供人性化人机交互式接口，基于用户需求行进设计使体验更佳。此设备支持多种管控模式，用户可根据需要设置不同的模式，完成对婴儿床的控制。
　　关键词：安全;人性化;嵌入式系统;智能
　　中图分类号：TP311 文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2019）34-0228-03
　　1 概述
　　随着当今生活节奏的不断加快，工作压力的不断上升，父母更难有足够的时间来照看婴儿，且照看婴儿会耗费父母大量的时间和精力，而请价格昂贵的保姆又是很多家庭难以负担得起的，所以使用智能婴儿床是一个明智的选择。同时随着物联技术和人工智能的发展[1]，各类智能家电与智能管控系统必将大量涌现，跟上时代的潮流势在必行。最重要的是这一产品受众广，甚至在今后是家庭中必不可少的家居之一，市场需求+分庞大，因此本智能婴儿床在未来拥有广阔的前景。
　　2 模块与应用
　　本智能婴儿床系统在传统的婴儿床的基础上加装了传感器组和控制模块，可以感知外界环境和婴儿床内部的温湿度等信息或接受用户指令，并做出相应的反应。本智能婴儿床系统的模块包括：主控板、舵机组、传感器组、面向用户接口及管控策略。
　　2.1 主控板
　　根据性能和成本综合考虑，本系统使用的是以Cortex-M4为内核的STM32F407开发板。
　　STM32F4是一款高性能微控制器，可以进行复杂的计算和控制。
　　在本系统中主控板主要用于：
　　1）监控环境和婴儿生理状况，处理传感器传回的数据。
　　2）控制其他外设f如电机，摄像头等）。
　　3）与用户进行信息交互验证身份、设置管控策略（模式）。
　　4）并在需要时向用户申请管理权限，提出建议。
　　5）根据当前设置的管控策略（模式）、采集的数据及人机交互的结果给出相应的处理方案。
　　2.2 舵机
　　舵机（Servo）是是一个封装好的伺服马达。其简单的工作原理是：控制模块收到上位机发送的的pwm信号后，经过运算映射成舵机需要转到的角度，然后控制小型直流电机转动，同时变速齿轮组通过缩小转速来增大电机的输出扭矩，然后转到相应位置。
　　2.3 舵机驱动板
　　内置32位处理器，速度快控制精确运行稳定。接口可自动识别波特率（此处使用9600波特率）。由于舵机运转电流较大，建议驱动板接可供较大电流的电源如锂电池。接口采用nc与上位机进行通信同时控制16多个舵机，多驱动板级联（最多可级联62个1可提供更大的扩展性。
　　2.4 传感器组
　　2.4.1 温湿度传感器
　　本系统使用DHTII温湿度传感器[2]。该传感器通过湿感电阻和NTC元件来获取环境信息。通常用在暖通空调、家电、湿度调节器等。在本系统中该传感器用于获取婴儿床内温湿度及环境温湿度。
　　2.4.2 声音传感器
　　声音传感器用于声音采样。声音传感器能实时获取声音的波形。在本系统中主要用于检测婴儿哭声。可以用于唤醒系统。
　　2.4.3 摄像头
　　本系统使用OV2640摄像头模块，作为相机和图像处理器。在系统中用于在用户或上位机发出拍照指令时对婴儿进行拍照、摄像。
　　2.5 面向用户接口及管控策略（模式）
　　本系统提供一个面向需要托管婴儿人群的解决方案，且使用方便。
　　本系统提供多种管控策略供用户选择，以下将详细介绍。
　　1）全自动：设备完全接管，自动控制，同时向用户反馈信息（用户可以随时中断操作）。
　　2）半自动：设备只接管传感设备，在操作前先向用户请求同意，同时向用户反馈信息f用户可以随时中断操作）。
　　3）全手動：设备断开动力驱动外设，但不掉电，只接管传感设备，同时用户可查询传感器信息。
　　使用时只需将婴儿放入婴儿床中设定所需要的模式即可。婴儿床的管控系统会根据当前设置的管控策略（模式）、采集的数据及人机交互的结果给出相应的处理方案。用户只需通过短信或通过互联网（可在管控策略中设置）查看婴儿所在环境和婴儿生理状况，并进行远程控制。如图8所示。
　　3 功能及使用范围
　　许多父母在照顾婴儿时，会花费大量的时间精力，引起父母睡眠不足精神压力等问题，导致父母疲劳，造成父母工作效率降低。而本系统可替代父母进行一些比较容易疲劳的工作如摇床等，让孩子能快速入睡，父母只需坐在一旁。同时婴儿床也可收集婴儿的各项体征和外界环境数据，并发送给父母。使父母可以随时监控孩子的身体状况。本系统既可以方便父母照看孩子，节省父母的时间与精力，同时也实时记录婴儿床内婴儿的各项体征，并在需要时提供给父母。
　　参考文献：
　　[1]刘玮.基于物联网技术的智能家居控制系统的研究与实现[D].兰州交通大学硕士学位论文，2015.
　　[2]于波.基于单片机的室内环境监测系统设计[D].中国海洋大学硕士学位论文，2011.
　　【通联编辑：梁书】
　　收稿日期：2019-10-12
　　基金项目：甘肃农业大学大学生科研训练项目（编号：201916006）
　　作者简介：沈航驰（1998-），男，甘肃农业大学信息与科学技术学院学生;通讯作者：陈蕾（1978-），女，甘肃农业大学信息与科学技术学院副教授;杨俊胜（1995-），男，甘肃农业大学信息与科学技术学院学生;胡斐（1999-），女，哈尔滨金融学院计算机系计算机科学与技术专业学生。
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