3/28智能嬰兒床控制系統設計與實現目錄12329第一章緒論 432752第二章系統的硬件模塊選擇 528582.1系統總體設計方案 5120952.2主控制器方案 544522.3溫濕度傳感器選擇 6247632.4聲音采集方案 6119242.5聲音報警方案 6311942.6顯示方案 667第三章系統的硬件設計簡述 8246513.1電源電路 888633.2單片機最小系統 8163353.3溫濕度采集電路 9228913.4聲音采集電路 981903.5聲音報警電路 974833.6震動檢測電路 10207583.7電機驅動電路 1060183.8顯示電路設計 11123463.9系統整體硬件電路 1111340第四章系統的軟件設計 1317524.1主程序軟件設計 13262684.2溫濕度采集軟件設計 1497394.3聲音檢測軟件設計 1412094.4震動檢測軟件設計 1597764.5電機控制軟件設計 1530624.6報警軟件設計 16133254.7顯示軟件設計 1618367第五章系統調試 18246285.1實物組裝 18301835.2液晶顯示上電測試 19190855.3系統上電測試 1912940第六章總結與展望 202067參考文獻 22747附錄 23

第一章緒論隨著現代科學技術的不斷提高，智能化的家居設備也逐漸的步入到我們的生活中來。每家都會有一個愛哭愛鬧的小娃娃，特別是剛出生幾個月的小朋友，總會因為半夜的哭鬧而導致父母需要起床查看嬰兒情況，這對于新生兒父母來說是十分煎熬的。因此我們針對此情況專門來設計一款智能化的智能嬰兒床的控制系統來給這些父母們解憂和分擔。傳統的嬰兒床因設計簡單，功能單一，隨著現代的生活水平在不斷地提升以及科技水平地不斷提高，人們對現在的生活質量從精神到物質上也在不斷地往上提升，老款式地嬰兒床已經開始滿足不了人們現在的需求了，因此研究和開發(fā)新興的智能化嬰兒床控制系統是很有必要的，這樣可以大大的給現在的父母們省去很多憂心事。本設計主要是針對嬰兒們來進行設計的一款智能化嬰兒控制系統，該設計主要實現了對嬰兒的聲音（即嬰兒的哭啼聲）進行采集檢測以及檢測嬰兒是否有異常運動（即嬰兒在哭鬧中隨意晃動，翻身等狀態(tài)）的功能，并伴有自動播放音樂的功能。同時系統也對嬰兒所處的環(huán)境進行溫濕度采集，防止嬰兒因自己所處環(huán)境的溫濕度過高或者過低導致嬰兒作息不舒服而哭鬧。系統還設有了按鈕調搖的功能，家長或者陪護人也可通過按鈕來實現對嬰兒床的控制操作。總的來說來說，該系統是使用stc89c52芯片進行研發(fā)的智能型嬰兒床，該嬰兒床可以利用聲音監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測來收集周圍的信息，如嬰兒床出現翻床、過度震動，那么嬰兒床就會第一時間發(fā)出警報聲來提醒嬰兒家長。該設計的stc89c52芯片給這款智能嬰兒床提供了硬件及軟件支持，并將兩者有機的結合而展現出一個發(fā)展全面的智能嬰兒床。而該嬰兒智能床的系統是實現自動化設計而成的，通過自動收集嬰兒的啼哭聲進行有效的分析后，系統會根據查選后來發(fā)出能夠吸引嬰兒注意力的音樂，并且該系統還可以自動化收集嬰兒周圍的環(huán)境情況，例如周圍的濕度、溫度情況，并將收集的信息通過數字顯示器來表現。此嬰兒床設計的核心主要是stc89c52單片機，通過設計的設計及計劃來制定一整套完整的設計架構圖。通過多個計劃的對比后來確定各個部分的可實施計劃，并且保證各項參數的精準，數值沒個器件的特性及作用。設計不同板塊的電路圖標，并對其進行精確的分析及闡述，將各個板塊進行聯系，構建出整體的控制性連接。由于C語言有著更加容易聽懂的特點，所以就采用C語言來參與整體設計，經過合理的分析來設計規(guī)劃有效的工作流程，通過區(qū)域模塊的結構方式和工作的流程構造來完成系統的代碼設計其內部程序整合優(yōu)化，以達到系統的基本設定于整體的功能性要求。

第二章系統的硬件模塊選擇2.1系統總體設計方案這項系統的自動化是為了針對嬰兒哭鬧的隨時性問題而設計的，使系統能夠正常運作的主要器件為stc89c52單片機，它能夠有效提供所有屏幕數據信息顯示。在該嬰兒床設計建造的流程中，主要是以對內部的硬件及軟件制度合理的設計計劃，篩選單片機和傳感器樣式，并且根據每個零件來選擇顯示器及控制末班。在整個的設計環(huán)節(jié)當中，最為關鍵的便是內容因素，也就是系統應用程序的開發(fā)與設計，將結果通過顯示器來直接進行表現。此系統能夠通過收集嬰兒的啼哭聲來播放相應的音樂，實現安撫嬰兒的作用，并對周圍環(huán)境因素進行相映的采集，將采集的數據通過數字方式來進行顯示。系統結構框圖如圖2.1所示。圖2.1硬件結構框架圖2.2主控制器方案方案一:把單片機當做整個系統運作的主要環(huán)節(jié)，并與其他區(qū)域進行連接，在設計當中采用的為stc89c52單片機。在單片機內基本上是要具備一個負責儲存的區(qū)域，而這個儲存的區(qū)域就決定該機器會具備一定的數據儲存能力，單片機在整體的軟件設計當中，是經過mcs-51指令來達到的，這一類儲存指令標準在很多的器件上都有所表現，其通用性較高。并且此單片機的售價更加合理。內核使用的是51個芯片，符合市面上大多數的單片機標準。方案二:主機選用nnmsp430型號的數字處理器,這種不同類型的信號單片機由一家德國德州儀器公司自主研發(fā)和設計生產,又被廣泛稱為德州混合模擬信號處理器,該類信號單片的主機能夠完全的實現收集各類應用電路設計模塊，展現的基本功能分為三類，即數字模擬信號電路設計模塊區(qū)域、數字電路設計模塊，區(qū)域、數字微處理電路模塊區(qū)域。方案選擇:因為方案而的成本較大，也并不是一個非常契合的方案，相比之下，方案一無論是在成本上還是系統功能演示上都要好于方案而，所以最終選擇的是方案一。2.3溫濕度傳感器選擇方案一：采用DHT11，由于該產品有著一定的自動校準及采集周圍環(huán)境的能力，并且是一個數字化的設計。在環(huán)境采集上與整個機器的處理器相契合，展現出更加的便捷性。方案二：為了有效的確保環(huán)境數據采集的精準，利用DS18B12溫度傳感器能夠有效的規(guī)避復雜電路鋪設，并且能把采集到的信號以數據的方式進行胡參數處理，減少成本消耗的同時，最大程度保證了數據信息的精準性。方案選擇：本設計所需要測量的值不僅僅是溫度，還需要測量濕度，所以智能選擇DHT11方案一。2.4聲音采集方案方案一：采用MIC麥克風對數據進行采集，因為MIC對于聲音信息較為敏感，可以對數據進行有效的收集，并且在這個過程當中利用比較器進行調控，將周圍環(huán)境的聲音因素進行收集，完成聲控功能的設計。并把運算及內設電路進行融合，這樣就可以保證在日常環(huán)境內進行聲音的采集。方案二：通過電容耦合對聲音進行采集，這種方案采集效果差，設計電路不穩(wěn)定，雖然成本很低，但是對于要求嚴格的產品中不適合使用。方案選擇：由于對于嬰兒的哭聲需要嚴格的檢測，不可以有誤差，所以選擇方案一更加可靠。2.5聲音報警方案方案一:各類聲音的檢測于報警系統方案是依照工業(yè)的設計標準來規(guī)劃設計的，其中選用各類蜂鳴器能夠完全實現聲音的檢測報警準確性，這是因為蜂鳴器完全配置能夠同時進行聲音的檢測，以實現整體系統的需求。在這個過程中只需要一個單片機就可以實現射頻接口，已完成對整個蜂鳴器振動作出射頻控制,經由一個pwm波就已經完全能夠直接對整個蜂鳴器振動作出射頻控制,實現自動射頻報警。方案二：MP3-TF-16P模式是專門為語音設計的一款產品，此產品操作簡單，單片機通過串口就可以進行操作，實現語音功能[7]。方案選擇：比較下來，方案二成本高，而本設計僅需實現實現聲音報警，所以本設計最終選擇方案一。2.6顯示方案方案一：數碼管。通過數碼管可以將系統內的大多數數據信息進行顯示，單一的數碼管只能顯示單一的數據信息，而多重的數據信息就要靠多個數碼管共同完成，數碼管的動態(tài)掃描功能是優(yōu)點與缺點共存的，這主要是在動態(tài)掃描流程當中，必須由移位寄存器來顯示，也對其產生依靠感，但是如果對整個線路進行測試就會發(fā)現，存在的問題也會有很多。方案二:該系統的顯示器設置為lcd1602。由于液晶顯示的效果突出，并且可以將各類信息通過數字、字母的方式表現。而音。液晶顯示器的電路設計十分簡單，而建造出來表現的成果卻十分的健全。方案的選擇:進行了對比和實驗后,因為方案一的顯示內容不完全,字符數較少,所以最終選擇了方案二。

第三章系統的硬件設計簡述3.1電源電路系統工作采用5V電源，通過USB進行供電，通過開關的斷開和閉合來實現給予系統的斷電或上電。SZ為帶鎖按鍵開關當閉合時，5腳和6腳通，3腳和4腳通，此時為上電狀態(tài)，反之，斷電。電源原理圖如圖3.1所示：圖3.1電源電路圖3.2單片機最小系統最小單片機系統主要由晶振震蕩電路以及復位電路以及單片機模塊構造成。震蕩電路主要給予系統提供時鐘信號，保證系統能夠穩(wěn)定正常的工作，電路中主要由一個12MHz晶振和兩個補償電容（瓷片電容33P）連接而成，復位電路是提供系統進行復位初始化，當系統的復位引腳接收到復位電路提供過來的高電平時，系統則進行復位初始化回到最初的工作狀態(tài)。本次設計中溫濕度采集電路接到單片機P2.1口，顯示電路接4號引腳接至單片機的P2.0引腳，聲音報警電路接到P3.4口，在接收到由聲音采集電路以及震動檢測電路發(fā)送信號，實現報警，電機連接到P2.0口，實現按鈕開關功能。本次設計最小系統電路原理圖如圖3.2所示。圖3.2單片機最小系統電路圖3.3溫濕度采集電路溫濕度的檢測選用dht11,有四個引腳,腳1為vdd的電源,電源范圍3.3v到5v,腳2位的數據引腳,獲取溫濕度的數據,腳3不連接,腳4位的電源地引腳。數據的接口是通過單片機來獲得周圍環(huán)境信息數據的對接口，并且通過單線傳輸的方法在進行實現，數據傳輸時間大約在四毫秒左右，并且數據十分精準，小數能夠用作其余內容的擴充。溫濕度采集電路如3.3所示。圖3.3溫濕度采集電路圖3.4聲音采集電路聲控電路是選用LM339實現的，原理如下：輸入電壓+大于輸入電壓-，比較器的結果是高電平，如果輸入電壓+小于輸入電壓-，比較器的結果就是低電平。MK1是麥克風，采集聲音數據，所以采集的數據為交流電壓，經過C5就進入到Q2，這樣就使Q2截止，此時Q2三極管的集電極為高電平，比較器的輸入端-大于輸入端+，所以比較器結果是低電平，單片機最后獲取到聲音數據。聲音采集電路圖如圖3.4所示：圖3.4聲音采集電路圖3.5聲音報警電路單片機接口輸出電流有20mA左右，電流太小，無法正常使蜂鳴器進行報警，因此聲音報警電路主要采用了三極管來驅動蜂鳴器進行報警，驅動電路主要由一個NPN類型的三極管和510Ω電阻相連接而成，三極管型號為9013。電源接到蜂鳴器一端，蜂鳴器另一端接到三極管9013的集電極，三極管9013的發(fā)射極接地，集電極接510Ω電阻的一端，該電阻主要是給三極管9013提供偏置電壓，電阻另外一端接到單片機的P3.4端口上。三極管9013的基極電壓大于發(fā)射極電壓的時候，集電極電壓大于基極電壓，三極管處于飽和狀態(tài)時，屬于導通狀態(tài)；當三極管9013的基極電壓小于或等于發(fā)射極電壓，基極同時小于或等于發(fā)射機電壓時，三極管處于截止狀態(tài)的時候，是三極管不導通的狀態(tài)。因此，三極管此時相當于一個開關，是否開，取決于單片機輸出高電平或者是低電平來給驅動電路是否提供偏置電壓。聲音報警電路圖如圖3.5所示：圖3.5聲音報警電路圖3.6震動檢測電路震動用于檢測嬰兒床的異常動作，識別嬰兒床的異常擺動，當嬰兒床檢測到異常的動作，震動電路則向單片機發(fā)送報警信號，單片機對信號進行采集并處理，同時蜂鳴器進行報警。震動傳感器1腳接電源，2腳接單片機P2.4口，單片機接收信號，3腳接地，最終實現報警功能。震動檢測電路接線圖如圖3.6所示：圖3.6震動檢測接線圖3.7電機驅動電路電機能夠實現嬰兒床的自主The麗。，如圖3.7所示，因為三極管的開關特性，通過單片機的P2.0端口輸出一個低電平，給予驅動電路中的PNP三極管9012一個偏置電壓，三極管導通，從而驅動繼電器去吸合，使得電機去工作。若單片機的P2.0端口輸出的是高電平，三極管就是處于截止的狀態(tài)，繼電器不吸合，電機即在不工作的狀態(tài)。電機控制原理圖如圖3.7所示：圖3.7電機控制原理圖3.8顯示電路設計液晶的顯示器基本使用了alcd1602模塊,而顯示器模塊對于電路工作時的溫度控制能夠達到4.5~5.5v,而在工作時間范圍之內的溫度為0~60℃，模塊通過串聯的方法來連接單片機。系統能夠和操作人員進行數據交互，由于液晶顯示的內容更加充實，操作方法更加容易，因此大多數的產品都會采用這類屏幕。LCD1602液晶顯示電路接線圖如圖3.8所示：圖3.8LCD1602液晶顯示電路接線圖3.9系統整體硬件電路系統整體硬件電路圖是上述各模塊的所有結合，也就是總體的框圖，能夠實現本文所要求的功能。系統整體硬件電路圖如下圖3.9所示：圖3.9系統整體硬件電路圖

第四章系統的軟件設計系統的軟件是利用C語言進行整體的規(guī)劃設計的，C語言所展現出更容易通懂的特點，因此受到了更多人的喜愛。由于軟件開發(fā)是一個繁瑣的工作，而C語言為了能夠更好的契合軟件工程師，就設計了很多方便其了解掌握的語法，相比于匯編來說，C語言更加的契合于我們日常的生活語言，因此在工作中對C語言能夠讓工程師對代碼更加容易了解，就當前來說，大多數的軟件工程師在設計產品時都基本使用著C語言。4.1主程序軟件設計本設計核心部件是一個stc89c52單片機。內容主要包括了所有屏幕顯示控制模塊、聲音報警、聲音輸出、溫濕度采集、震動檢測、嬰兒床電機控制以及主控制器。系統主要是收集嬰兒的啼哭聲，進而控制系統來發(fā)出輕快的音樂，并且對周圍的環(huán)節(jié)溫度、濕度進行收集并顯示在主顯示屏當中。主程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1主程序流程圖4.2溫濕度采集軟件設計系統對附近的環(huán)境因素進行檢測，其中包括周測及濕度檢測及濕度檢測，在這個過程中主要使用了dht11,單片機首先給予一個高出dht11最低總線信號，并維持高于18毫秒的工作時間，在最初總線信號被拉低之后提高25微秒，以實現周圍環(huán)境數據的檢測與收集。溫濕度采集程序流程圖如圖4.2所示：圖4.2溫濕度采集程序流程圖4.3聲音檢測軟件設計聲音檢測需要采用ADC0809進行轉換，由于檢測的數據都是信息化的，因此需要使用ADC0809。該類產品在數據輸入和接收的情況下，是需要給予定時信號制定的，基本為四個時鐘脈沖，而在最后一個脈沖下降的時候進行數據收集，以實現模塊轉換數據，從而獲得數字信息。聲音的監(jiān)測過程如4.3所表示：圖4.3聲音檢測程序流程圖4.4震動檢測軟件設計該圖主要由一個震動傳感器檢測嬰兒是否有異常運動，當嬰兒異常運動，傳感器向單片機發(fā)送報警信號，同時播放音樂。震動檢測程序流程圖如圖4.4所示：圖4.4震動檢測程序流程圖4.5電機控制軟件設計電機電路由一個按鍵開關控制，開關開，電機打開，嬰兒床搖動，開關關，電機關閉，嬰兒床停止搖動。電機控制程序流程圖如圖4.5所示：圖4.5電機控制程序流程圖4.6報警軟件設計報警的電路基本是對當前的聲音檢測檢測，帶嬰兒的動作大于正常范圍指數，單片機就會控制p3.4接口來實現蜂鳴器的發(fā)聲。報警程序流程圖如圖4.6所示：圖4.6報警程序流程圖4.7顯示軟件設計整個軟件在開發(fā)中所使用的代碼為lcd1602，在軟件開發(fā)設計的過程中需要確定一個液晶顯示所用的需要、選擇的哪一種并行數據直接通信串行方式后再來直接進行軟件開發(fā),同時實現液晶顯示器的數據設定，并且由數據手冊集。獲取顯示的信息，要先進行設計，并實現數據串聯，而后需要設置顯示的基本狀態(tài)，在對顯示器進行完全的數據處理之后定位顯示所需位置，最后把液晶顯示的數據信息通過輸入口送至對于液晶的一個數據輸出口,這樣就已經可以直接完成液晶該顯示模塊的清屏顯示。顯示程序流程圖如圖4.7所示：圖4.7主電源控制程序流程圖

第五章系統調試5.1實物組裝在實物組裝的時候，先要準備好所要使用的工具，而后在依照設計的電路圖進行對應位置的焊接，在進行組裝的流程中，現將單片機的電源開始，逐步進行，將所有的模塊在組裝之后都需要進行相應的電壓檢測,以保障不會存在短路的問題。為了是電流情況達到正常值，只有在通電時進行有效的測試，對每一處進行檢測，防止因為單個地方的電路問題而導致整體電路面臨被燒壞的危險。一定要一步一步地進行檢查和測試,常見的各種異?，F象都一定要做得非常清楚,有正負極性能要求的儀器,不可與之相接反,否則將燒壞元器件。在連接電源之后，要對單片機電路中主板管腳、芯片管腳的發(fā)熱狀況展開檢測與確認的過程，并且還要對所有的連接電源、器件、芯片管腳發(fā)熱狀況進行監(jiān)測，保證在每一個管腳和芯片之間不會自動出現任何管腳過熱的情況發(fā)生，并且確保每一個管腳維持在正常水平。特別是需要注重插座問題，電壓不可過高或過低，過高會導致損壞問題的發(fā)生，過低會導致單片機的負載能力下降。因為最初控制系統的仿真性不高，所以本次試驗對仿真性進行的多次的調動。首先將電路板進行調整。此系統所采用的焊接方式都是絕對獨立的，并且操作方式并不復雜，依照高低順序進行焊接就可以了，這樣一來，操作變得更加簡單的同時，還能維持一定的美觀性。本次的焊接調試是在未接電的情況下進行的。對于硬件的調試是在通電情況下進行的，在接電后能夠有效的觀察出電路板的運行情況，而通過觀察后發(fā)現該系統中沒有任何異常。實物效果如圖5.1所示。 圖5.1實物圖 5.2液晶顯示上電測試通過上電測試驗證液晶顯示，液晶第一行顯示Te:21CHu:13RH，當前溫度為21攝氏度，濕度13%。第二行顯示的是So:0.31%，表示當前聲音大小。如圖5.2所示。圖5.2系統液晶顯示上電測試5.3系統上電測試系統上電后，打開電機開關，電機可正常工作。用手指輕彈震動傳感器，實現震動傳感，可進行正常報警。在一旁進行呼叫，可進行正常報警。通過調試以及檢查，系統是可正常運行的。報警情況顯示如圖5.3所示。圖5.3系統參數設置上電測試

第六章總結與展望在設計的流程當中，能夠學習的知識與要點有很多，而這些也足夠引起我的重視，其實我在學習上的積極性。本次論文的畢業(yè)設計是建立在信息于資源的基礎之上，通過互聯網來尋找一些文獻資料。而這些文獻資料在我論文撰寫的時候。給予了很大的幫助，也使我在論文撰寫的過程中不斷提高自己的知識與實際操作能力，而對于知識要點的理解也有所增加。通過互聯網的查找，來透徹的了解嬰兒床的詳細信息，包括樣式的差別、使用情況的反饋等等，這樣能夠更加清晰的了解嬰兒床的優(yōu)點與缺點所在，對于后續(xù)的設計來說是有著很大幫助的。因為平時對于焊筆的接觸機會較少，因此在焊接的時候總是出現一些差錯，造成器件接觸存在問題，可是通過老師的耐心教導與多次嘗試，本人開始逐漸的熟練的使用焊筆，從而大大提升了焊接的效率性。在這個過程當中我的操作能力、獨立思考及學習能力都有所提高，此外，由于這個過程當中需要經常翻看以前的教材和及時的做好記錄，在這個期間我對于信息記錄的能力得到了相應的發(fā)展。一個產品的開發(fā)是要花費大量的精力與時間的，并且在這個過程中存在的問題也會發(fā)生，這些是通過不斷的實際操作去發(fā)現和解決的。信息的發(fā)展不是一天就成功的，而是靠著時間的不斷推移，前人的不斷努力與后人的不斷發(fā)展進步結合而成的，而畢業(yè)設計也如同信息發(fā)展一般，需要一點一點的努力、積累和創(chuàng)新。而這個過程，就算學的再多，也不如親手去操作，這樣才能更好的活動進步，而這不管是對于我的畢業(yè)設計還是未來的道路都有著