1、68第 31卷 第 4期 湖南科技學院學報 Vol.31 No.4 2010年 4月 Journal of Hunan University of Science and Engineering Apr.2010多功能智能嬰兒床的設計歐陽集正 胡榮杰(湖南科技學院 計算機系,湖南 永州 摘 要:為解決父母與嬰兒之間生物鐘不一致的問題,以 AT89C52單片機為核心,采用聲音、溫度、濕度等傳感器對熟 睡的嬰兒進行監(jiān)測, 運用傳動系統(tǒng)和音樂播放系統(tǒng)對嬰兒半夜醒來哭鬧進行處理與調節(jié), 改善嬰兒的睡眠環(huán)境, 提高父母和 嬰兒的睡眠質量。本設計能很好的幫助父母照顧小孩,具有很強的實用性。關鍵詞:AT89

2、C52; 多功能; 嬰兒床中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1673-2219(-0068-030 引 言隨著智能家居的逐步實現(xiàn) , 一種新型的嬰兒床也開始越 來越多地受到人們的青睞。 嬰兒常半夜啼哭, 父母們往往為 了照顧嬰兒而疲憊不堪 . 而且傳統(tǒng)的嬰兒床的設計簡單,功 能比較單一, 不能很好的幫助父母照顧自己的小孩。 近年來, 國內外有很多研究者開始研究開發(fā)新型嬰兒床, 這可以為父 母們省去不少麻煩。針對上述問題,采用 AT89C51開發(fā)的智能嬰兒床通過 檢測環(huán)境聲音信息實現(xiàn)了根據(jù)嬰兒哭鬧聲改變其睡眠環(huán)境 的目的,本文主要設計一種以 AT89C51芯片為主控 MCU 的智

3、能型嬰兒床系統(tǒng), 給出了該系統(tǒng)硬件、 軟件和機械部分 的設計思想及實現(xiàn)方法。 本設計將多種功能整合到一起, 形 成一種功能強大的多功能嬰兒床。 下面介紹系統(tǒng)的主要研究 思路。傳感器的準確性:駐極體話筒感應嬰兒哭聲的靈敏性與 準確性, 靈敏性容易, 準確性關鍵是帶通濾波器的設定。 因 為嬰兒哭聲頻率在 500Hz 左右,而潛在的干擾源即一般的 說話聲音在 100Hz 左右,腳步聲頻率更低。頻率相差不大, 二階有源帶通濾波的衰減特性難以滿足要求。 為此我們要把 帶通濾波增到四階甚至是八階。 階數(shù)的增加帶來的意想不到 的干擾也會相應增加, 怎樣克服這些干擾增加衰減速度是我 們下一步研究中的重點。搖動

4、模塊的舒適性:嬰兒睡在床上要搖的舒適才可以, 這對搖動的頻率幅度有要求。 開始要慢慢的搖, 放出來的音收稿日期:2009-11-15基金項目:2009湖南省教育廳“研究性學習創(chuàng)新性實 驗”資助項目(湘教通 2009320號 322 。作者簡介:歐陽集正 (1986- , 男, 湖南郴州人, 本科, 專業(yè)為計算機網(wǎng)絡及應用。樂也要慢慢的增大,不能驚嚇嬰兒。象蕩秋千那樣的搖擺 , 還是跌宕起伏的搖擺 , 或者是有其他更好的方法, 當嬰兒在 樂曲中入睡后還放多久的音樂搖多久都要進行思考。人性化設計, 讓孩子的父母或家人易學易用。 另外嬰兒 床外觀要做到美觀、高雅。1 整體方案設計針對上述問題, 我們

5、所做的智能嬰兒保姆床能有效的解 決上述問題。 當小孩半夜醒來時, 床會自動搖起來, 且伴隨 輕輕的催眠曲或搖籃曲或錄下來的母親的關愛聲, 還可以加 入其它一些逗小朋友玩的設計。對于小孩子晚上的大小便, 系統(tǒng)安裝有一個濕度感應器、 溫度感應器, 當檢測到小孩的 被窩達到一定濕度時可采取自動換被子或向父母報警, 當檢 測到嬰兒被窩溫度過低時自動報警。針對嬰兒的學前教育, 此嬰兒床還能提供一些語音播放,如插 MP3、 U 盤等一些 擴展設備。溫度監(jiān)測采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20進行實 時檢測嬰兒床的被窩溫度。 當被窩溫度第一次高于 35 時, 可知嬰兒已蓋好被子了。而隨后在某個時候低于 30

6、時, 可以判斷嬰兒把被子踢開了。 此時單片機將音樂送給 FM 發(fā) 送模塊, 發(fā)送信息給孩子的父母或保母。 在嬰兒床的傳動機 構采用電動機連接一個擺臂帶動嬰兒床搖動。 圖 1 整體方框圖692 濕度電路設計濕度傳感器采用 HIH3610濕敏電阻。在此模塊設計中 給濕敏電阻外接一個大小為 10K 的電阻 R17,濕敏電阻和 R17共同組成一個分壓電路,如圖將濕敏電阻的一端接入 CD4066的 1腳,芯片 U2的 13腳與單片機 89C652的 P2.5連接,由單片機的 P2.5控制 1,2腳的通斷,將 U2的 2腳接 ADC0804的 6腳,這樣就由單片機的 P2.5腳控制了濕敏電 阻與 ADC0

7、804的連接。 ADC0804是對 R17分壓電阻上的 電壓進行模數(shù)轉換而不是直接對濕敏電阻上的電壓轉換, 對 于我們要求的靈敏度,可以通過調節(jié) R17的阻值來實現(xiàn), 在此設計中可采用一個 20k 電位器替代 R17, 方便調節(jié)電路。 當濕敏電阻檢測到濕度后, 濕敏電阻阻值發(fā)生變化, 其兩端 的電壓發(fā)生變化, R17上的電壓也隨著變化, R17上的電壓 經(jīng)模數(shù)轉換后送給單片機 I/O口,由單片機進行處理。 圖 2 濕度檢測電路3 聲音電路設計當駐極體話筒檢測到外部聲音變化時, 駐極體話筒兩端 的電壓隨之變化 , 如圖通過 Q1 對其進行信號放大,電壓值 經(jīng)過 ADC0804進行模數(shù)轉換后交予單

8、片機處理,在單片機 中設定一個特定的電壓值, 一旦駐極體話筒兩端電壓高于這 一特定值時, 單片機控制啟動語音模塊和搖動模塊。 這里我 們下一步要做的是在此設計中增加一個帶通濾波電路, 只感 應嬰兒的哭聲, 提高語言感應的準確度。 如圖在此設計中聲 音檢測電路輸出 word 和 ADC0804的 6腳不是直接連接, 而是用 Q3進行連接, Q3的基極由單片機 89C52的 P2.4控 制, 此設計中聲音和濕度檢測都由單片機控制, 而且此電路 只用一個 ADC0804芯片,提高了資源的利用。 圖 3 聲音電路4 FM 發(fā)送電路設計此設計采用 FM 無線發(fā)送而不是采用語音報警, 以達到 保持嬰兒周圍

9、環(huán)境安靜的目的。 接收 FM 的收音機放于父母 的房間, 當濕度或溫度達到或超出設定的值時, 單片機控制 FM 向監(jiān)護人發(fā)送特定音樂,同時又不吵醒睡眠中的嬰兒。 當監(jiān)護人給嬰兒換了尿布或蓋好被子后, 濕度和溫度恢復到 以前的值, 單片機控制 FM 停止發(fā)送音樂。 在此設計中, FM 的發(fā)射頻率由圖中 C6決定, 一般為 530PF , 在本設計中, 采用 27PF 云母電容, 這樣 FM 的發(fā)射頻率為 73MHz , 應用 時只要把父母房間的收音機的頻率調到 FM :73MHz 就能很 清晰的收到由 FM 發(fā)送的音樂, 達到通知父母的目的。 在電 池選擇時,電壓越高,發(fā)射距離就越遠,宜采用方塊

10、電池, 方塊電池電流比較穩(wěn)定, 不容易受外界干擾, 減少發(fā)射電路 產(chǎn)生的噪音。 在整體模塊設計時應把 FM 發(fā)射電路, 單獨設 計, 制作一個獨立的電路板, 這樣可以非常有效的減少由主 控電路帶來的干擾,使電路更穩(wěn)定。 FM 的發(fā)射也是由單片 機 89C52的 P3.0控制 Q5,如圖 Q5連接一個 5V 繼電器, 此繼電器控制 MP3的音頻輸出口與 FM 的音頻單道輸入口 的連接。 圖 4 FM發(fā)送電路5 MP3音樂播放模塊此設計采用單片機的 P0口的 0、 1、 2、 3引腳分別連接 CD4066控制引腳 4、 6、 12、 13。由于大多數(shù) MP3的按鈕 都是低電平觸發(fā)的,所以將 CD4

11、066中的 2、 3、 7、 8、 10腳都接地。在溫度、濕度,聲音三個檢測模塊中,當檢測到 其中一個模塊有信號, 馬上有單片機根據(jù)程序作出響應, 給 P0.0送一個 1.5秒的高電平,這樣給 MP3開機,然后然后 給 P0.1一個短暫的高電平進行播放。其它下一曲,上一曲 都是類似的控制,還有一些組合控制由自己編程的設置而 定?？刂?MP3包括:MP3的選歌,下一曲,音量,以及錄 音。 70圖 5 MP3控制電路6 結 論多功能智能型嬰兒床系統(tǒng)的開發(fā)涉及到電子、 機械、 自 動控制等多個學科領域, 是一個綜合性的應用研究課題。 本 文著重以人性化照顧小孩子為前提, 設計了具有多功能的嬰兒床。試

12、驗證明了整個系統(tǒng)可靠性較高 , 比較實用,而且易 于維護和擴展 , 具有產(chǎn)品化意義。參考文獻1 Bob Iannini(美 , 樊桂花 (譯 . 玩轉電子制作 DIYM.科 學出版社 ,2007.2 黃智偉 . 全國大學生電子設計競賽教程 M.北京 :電子工 業(yè)出版社 ,2005.3 古玉年 , 趙志強 . 基于 MSP430的智能嬰兒床的設計與 實現(xiàn) J.蘇州市職業(yè)大學學報 , 2009,(1: 33.4 黎曉貞 . 基于 DS1420智能體溫計的設計 J.電子科 技 ,2008, (9 :33.5寧佳 , 獨睡從幾歲開始 J,好家長 ,2006, (4 :34.(責任編校:劉志壯Desig

13、n of Multi-functional Smart CribOUYANG Ji-zheng, HU Rong-jie(Hunan university of science and engineering, Hunan Yongzhou, , ChinaAbstract: In order to solve the problem of biological clocks inconsistency of parents and their babies, this design uses the AT89C52 as a core to monitor sleeping babies by using the transducers which are through sound, temperature, humidity and others. The use of sound and light system of the multi-functional and smart crib can deal with and adjust the problem that babies wake up crying at night, i