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1、-多功能智能婴儿床的设计概要-第 7 页68第 31卷 第 4期 湖南科技学院学报 Vol.31 No.4 2010年 4月 Journal of Hunan University of Science and Engineering Apr.2010多功能智能婴儿床的设计欧阳集正 胡荣杰(湖南科技学院 计算机系,湖南 永州 425100摘 要:为解决父母与婴儿之间生物钟不一致的问题,以 AT89C52单片机为核心,采用声音、温度、湿度等传感器对熟 睡的婴儿进行监测, 运用传动系统和音乐播放系统对婴儿半夜醒来哭闹进行处理与调节, 改善婴儿的睡眠环境, 提高父母和 婴儿的睡眠质量。本设计能很好的
2、帮助父母照顾小孩,具有很强的实用性。关键词:AT89C52; 多功能; 婴儿床中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1673-2219(201004-0068-030 引 言随着智能家居的逐步实现 , 一种新型的婴儿床也开始越 来越多地受到人们的青睐。 婴儿常半夜啼哭, 父母们往往为 了照顾婴儿而疲惫不堪 . 而且传统的婴儿床的设计简单,功 能比较单一, 不能很好的帮助父母照顾自己的小孩。 近年来, 国内外有很多研究者开始研究开发新型婴儿床, 这可以为父 母们省去不少麻烦。针对上述问题,采用 AT89C51开发的智能婴儿床通过 检测环境声音信息实现了根据婴儿哭闹声改变其睡眠环境 的
3、目的,本文主要设计一种以 AT89C51芯片为主控 MCU 的智能型婴儿床系统, 给出了该系统硬件、 软件和机械部分 的设计思想及实现方法。 本设计将多种功能整合到一起, 形 成一种功能强大的多功能婴儿床。 下面介绍系统的主要研究 思路。传感器的准确性:驻极体话筒感应婴儿哭声的灵敏性与 准确性, 灵敏性容易, 准确性关键是带通滤波器的设定。 因 为婴儿哭声频率在 500Hz 左右,而潜在的干扰源即一般的 说话声音在 100Hz 左右,脚步声频率更低。频率相差不大, 二阶有源带通滤波的衰减特性难以满足要求。 为此我们要把 带通滤波增到四阶甚至是八阶。 阶数的增加带来的意想不到 的干扰也会相应增加
4、, 怎样克服这些干扰增加衰减速度是我 们下一步研究中的重点。摇动模块的舒适性:婴儿睡在床上要摇的舒适才可以, 这对摇动的频率幅度有要求。 开始要慢慢的摇, 放出来的音收稿日期:2009-11-15基金项目:2009湖南省教育厅“研究性学习创新性实 验”资助项目(湘教通 2009320号 322 。作者简介:欧阳集正 (1986- , 男, 湖南郴州人, 本科, 专业为计算机网络及应用。乐也要慢慢的增大,不能惊吓婴儿。象荡秋千那样的摇摆 , 还是跌宕起伏的摇摆 , 或者是有其他更好的方法, 当婴儿在 乐曲中入睡后还放多久的音乐摇多久都要进行思考。人性化设计, 让孩子的父母或家人易学易用。 另外婴
5、儿 床外观要做到美观、高雅。1 整体方案设计针对上述问题, 我们所做的智能婴儿保姆床能有效的解 决上述问题。 当小孩半夜醒来时, 床会自动摇起来, 且伴随 轻轻的催眠曲或摇篮曲或录下来的母亲的关爱声, 还可以加 入其它一些逗小朋友玩的设计。对于小孩子晚上的大小便, 系统安装有一个湿度感应器、 温度感应器, 当检测到小孩的 被窝达到一定湿度时可采取自动换被子或向父母报警, 当检 测到婴儿被窝温度过低时自动报警。针对婴儿的学前教育, 此婴儿床还能提供一些语音播放,如插 MP3、 U 盘等一些 扩展设备。温度监测采用数字温度传感器 DS18B20进行实 时检测婴儿床的被窝温度。 当被窝温度第一次高于
6、 35 时, 可知婴儿已盖好被子了。而随后在某个时候低于 30 时, 可以判断婴儿把被子踢开了。 此时单片机将音乐送给 FM 发 送模块, 发送信息给孩子的父母或保母。 在婴儿床的传动机 构采用电动机连接一个摆臂带动婴儿床摇动。图 1 整体方框图692 湿度电路设计湿度传感器采用 HIH3610湿敏电阻。在此模块设计中 给湿敏电阻外接一个大小为 10K 的电阻 R17,湿敏电阻和 R17共同组成一个分压电路,如图将湿敏电阻的一端接入 CD4066的 1脚,芯片 U2的 13脚与单片机 89C652的 P2.5连接,由单片机的 P2.5控制 1,2脚的通断,将 U2的 2脚接 ADC0804的
7、6脚,这样就由单片机的 P2.5脚控制了湿敏电 阻与 ADC0804的连接。 ADC0804是对 R17分压电阻上的 电压进行模数转换而不是直接对湿敏电阻上的电压转换, 对 于我们要求的灵敏度,可以通过调节 R17的阻值来实现, 在此设计中可采用一个 20k 电位器替代 R17, 方便调节电路。 当湿敏电阻检测到湿度后, 湿敏电阻阻值发生变化, 其两端 的电压发生变化, R17上的电压也随着变化, R17上的电压 经模数转换后送给单片机 I/O口,由单片机进行处理。图 2 湿度检测电路3 声音电路设计当驻极体话筒检测到外部声音变化时, 驻极体话筒两端 的电压随之变化 , 如图通过 Q1 对其进
8、行信号放大,电压值 经过 ADC0804进行模数转换后交予单片机处理,在单片机 中设定一个特定的电压值, 一旦驻极体话筒两端电压高于这 一特定值时, 单片机控制启动语音模块和摇动模块。 这里我 们下一步要做的是在此设计中增加一个带通滤波电路, 只感 应婴儿的哭声, 提高语言感应的准确度。 如图在此设计中声 音检测电路输出 word 和 ADC0804的 6脚不是直接连接, 而是用 Q3进行连接, Q3的基极由单片机 89C52的 P2.4控 制, 此设计中声音和湿度检测都由单片机控制, 而且此电路 只用一个 ADC0804芯片,提高了资源的利用。图 3 声音电路4 FM 发送电路设计此设计采用
9、 FM 无线发送而不是采用语音报警, 以达到 保持婴儿周围环境安静的目的。 接收 FM 的收音机放于父母 的房间, 当湿度或温度达到或超出设定的值时, 单片机控制 FM 向监护人发送特定音乐,同时又不吵醒睡眠中的婴儿。 当监护人给婴儿换了尿布或盖好被子后, 湿度和温度恢复到 以前的值, 单片机控制 FM 停止发送音乐。 在此设计中, FM 的发射频率由图中 C6决定, 一般为 530PF , 在本设计中, 采用 27PF 云母电容, 这样 FM 的发射频率为 73MHz , 应用 时只要把父母房间的收音机的频率调到 FM :73MHz 就能很 清晰的收到由 FM 发送的音乐, 达到通知父母的目
10、的。 在电 池选择时,电压越高,发射距离就越远,宜采用方块电池, 方块电池电流比较稳定, 不容易受外界干扰, 减少发射电路 产生的噪音。 在整体模块设计时应把 FM 发射电路, 单独设 计, 制作一个独立的电路板, 这样可以非常有效的减少由主 控电路带来的干扰,使电路更稳定。 FM 的发射也是由单片 机 89C52的 P3.0控制 Q5,如图 Q5连接一个 5V 继电器, 此继电器控制 MP3的音频输出口与 FM 的音频单道输入口 的连接。图 4 FM发送电路5 MP3音乐播放模块此设计采用单片机的 P0口的 0、 1、 2、 3引脚分别连接 CD4066控制引脚 4、 6、 12、 13。由
11、于大多数 MP3的按钮 都是低电平触发的,所以将 CD4066中的 2、 3、 7、 8、 10脚都接地。在温度、湿度,声音三个检测模块中,当检测到 其中一个模块有信号, 马上有单片机根据程序作出响应, 给 P0.0送一个 1.5秒的高电平,这样给 MP3开机,然后然后 给 P0.1一个短暂的高电平进行播放。其它下一曲,上一曲 都是类似的控制,还有一些组合控制由自己编程的设置而 定。控制 MP3包括:MP3的选歌,下一曲,音量,以及录 音。70图 5 MP3控制电路6 结 论多功能智能型婴儿床系统的开发涉及到电子、 机械、 自 动控制等多个学科领域, 是一个综合性的应用研究课题。 本 文着重以
12、人性化照顾小孩子为前提, 设计了具有多功能的婴儿床。试验证明了整个系统可靠性较高 , 比较实用,而且易 于维护和扩展 , 具有产品化意义。参考文献1 Bob Iannini(美 , 樊桂花 (译 . 玩转电子制作 DIYM.科 学出版社 ,2007.2 黄智伟 . 全国大学生电子设计竞赛教程 M.北京 :电子工 业出版社 ,2005.3 古玉年 , 赵志强 . 基于 MSP430的智能婴儿床的设计与 实现 J.苏州市职业大学学报 , 2009,(1: 33.4 黎晓贞 . 基于 DS1420智能体温计的设计 J.电子科 技 ,2008, (9 :33.5宁佳 , 独睡从几岁开始 J,好家长 ,
13、2006, (4 :34.(责任编校:刘志壮Design of Multi-functional Smart CribOUYANG Ji-zheng, HU Rong-jie(Hunan university of science and engineering, Hunan Yongzhou, 425100, ChinaAbstract: In order to solve the problem of biological clocks inconsistency of parents and their babies, this design uses the AT89C52 as a
14、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, improve the sleeping quality and environment of babies and their parents. This design can do good to help parents taking care of their children, has a strong practicability.Key words: AT89C52; Multi-function; Baby crib